核輻射探測學1-2010

核輻射探測學碩士課程，學時：30+10任課教師：方方實驗指導：2010.9-11（第3-14周，每周四下午）上課地點：9A203Ff辦公室：6C1104聯(lián)系電話：84077497MAIL:ffsjp2004@2010.091核輻射探測學碩士研究生課程主要內(nèi)容第一章放射性基本知識第二章射線與物質(zhì)的相互作用第三章射線能譜學第四章放射性測量單位、輻射源及防護知識第五章核輻射探測器第六章放射性測量中的統(tǒng)計漲落規(guī)律2010.092核輻射探測學碩士研究生課程教材與參考文獻成都地質(zhì)學院三系,放射性勘探方法,原子能出版社，1978章曄,華榮洲,石柏慎，放射性方法勘查，原子能出版社，1990賈文懿,方方,唐紅,苗放.核地球物理儀器,原子能出版社,1998成都地質(zhì)學院三系，放射性勘探儀器，原子能出版社，1979方方,唐紅,葛君偉,苗放，放射性勘探簡明教程,成都地質(zhì)學院,1992周蓉生等，核方法原理及應用，地質(zhì)出版社，1994葛良全,周四春，核輻射測量方法，成都理工大學，2007湯彬葛良全方方等，核輻射測量原理，哈爾濱工程大學出版社，2010GFKnoll.RadiationDetectionandMeasurement.1989CECrouthamel,AppliiedGamma-RaySpectrometry,1970NuclearGeophysicsAppliedRadiationIsotopesJournalAppliedRadiationandIsotopesRadioactiveMethods.Geophysics2010.093核輻射探測學碩士研究生課程課堂討論主要內(nèi)容的章節(jié)安排第一章放射性基本知識原子與原子核核衰變放射性系列天然放射性核素射線譜放射性核素衰變和積累規(guī)律第二章射線與物質(zhì)的相互作用α粒子與物質(zhì)的相互作用β粒子與物質(zhì)的相互作用β射線在物質(zhì)中的衰減γ粒子與物質(zhì)的相互作用γ射線在物質(zhì)中的衰減中子與物質(zhì)的相互作用及衰減規(guī)律第三章射線能譜學核素的原始譜線射線儀器譜射線通過物質(zhì)譜成分的變化譜平衡第四章放射性測量單位、輻射源及防護知識放射性測量中常用單位輻射源防護知識第五章核輻射探測器核輻射探測器的基本特性氣體探測器閃爍探測器半導體探測器中子探測器其它核輻射探測器第六章放射性測量中的統(tǒng)計漲落規(guī)律放射性計數(shù)統(tǒng)計學放射性測量誤差放射性衰變統(tǒng)計規(guī)律的應用2010.094核輻射探測學碩士研究生課程第一章放射性基本知識原子與原子核核衰變放射性系列天然放射性核素射線譜放射性核素衰變和積累規(guī)律2010.095核輻射探測學碩士研究生課程1.原子與原子核原子的組成及基本性質(zhì)：原子核核外軌道電子原子質(zhì)子中子原子核2010.096核輻射探測學碩士研究生課程原子及原子核的基礎知識原子的結構：原子atom：原子核nucleus、電子electron原子核帶正電、電子帶負電（電荷是量子化的）原子是電中性的原子的大?。?0-10米原子的太陽系模型核能，結合能，核能級，基態(tài)，激發(fā)態(tài)，躍遷2010.097核輻射探測學碩士研究生課程原子核由中子和質(zhì)子組成。它們靠什么力將這些核子約束在原子核內(nèi)呢？目前公認是：原子核內(nèi)核子間存在核力，它是中子與中子、中子與質(zhì)子、以及質(zhì)子與質(zhì)子的相互吸引力，使核子緊密地聚集在一起(各核子間具有相同的核力)。核內(nèi)的質(zhì)子與質(zhì)子之間還存在服從庫侖定律的靜電斥力，使核傾向于分裂。此外，核內(nèi)核子間還存在萬有引力、以及對β衰變一類變化起作用的弱力。原子及原子核的基礎知識核力：核力為1；電磁力10-2；萬有引力10-38

核力的力程(相互作用的距離)很短，在10-13cm以內(nèi)，核力<0.8fm排斥；1fm顯著；>10fm消失。2010.098核輻射探測學碩士研究生課程任一原子核AZX是由Z個質(zhì)子與A－Z個中子組成，該原子核質(zhì)量應等于Z個質(zhì)子與A－Z個中子的質(zhì)量之和，實際并非如此。例如：氦原子的質(zhì)量Hem=4.002603u，如果忽略電子的結合能，則氦原子核的質(zhì)量Hem-2×em=4.002603u-2×0.000549u=4.001505u；而兩個質(zhì)子與兩中子質(zhì)量之和為2×1.007277u+2×1.008665u=4.031884u。它比氦原子核的質(zhì)量要大，其差額為mΔ=4.031884u-4.001505u=0.030379u，即由兩個質(zhì)子和兩個中子結合成氦原子核時，質(zhì)量少了Δm，該減少的質(zhì)量稱為質(zhì)量虧損。如果將核子結合成原子核時所釋放的能量稱為結合能，并把原子核分成單個核子所要消耗的能量稱為分離能，則結合能和分離能在數(shù)值上是相等的。原子核的結合能是和它的質(zhì)量虧損相對應的，根據(jù)質(zhì)能關系定律，從質(zhì)量虧損可求出結合能。原子及原子核的基礎知識原子核的結合能：2010.099核輻射探測學碩士研究生課程原子核的能級是原子核能量狀態(tài)的標志，原子核的不同能量狀態(tài)就是原子核的能級。通常原子核處于最低能量狀態(tài)，稱為基態(tài)。當原子核受到某種射線（快速粒子或光子）的轟擊或進行核衰變時，產(chǎn)生的核可能處于較高能量態(tài)，原子核處于較高能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。一個原子核可以有許多能級，能級是分立不等間隔的。不同核素具有自己不相同的核能級。原子及原子核的基礎知識核能級變化放出的光子波長很短、能量很大，這種光子被稱為γ光子(即γ射線)。原子核發(fā)射的各種能量的γ光子集合，稱為該原子核的γ射線譜(即原始γ射線能譜)。核能級：2010.0910核輻射探測學碩士研究生課程原子中束縛電子繞核運動有一定的軌道，相應原子處于一定的能量狀態(tài)。每種原子的束縛電子數(shù)目和可能的運動軌道都是一定的，因此每一原子只能夠在一定的、不連續(xù)的一系列穩(wěn)定狀態(tài)中，這一系列穩(wěn)定狀態(tài)，可用相應的一組能量來表征，稱為原子的能級。處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子不放出能量。當原子由較高的能級過渡到較低的能級時，相應的能量變化會以光子的形式釋放出來。將某原子發(fā)射的各種頻率的光子按波長排列(即按能量排列),便構成了該種原子的發(fā)射光譜。原子的光譜就是原子的能譜。原子及原子核的基礎知識原子的能級：2010.0911核輻射探測學碩士研究生課程第一，軌道電子在外部殼層各軌道之間跳躍時所產(chǎn)生的光譜稱為光學光譜。例如，若軌道電子原來位于N層，當它在N、O、P、Q、……等外部殼層之間跳躍時，就發(fā)生光學光譜。這種外部跳躍時的原子能量變化較小，發(fā)出的光頻率較低，一般在可見光區(qū)或其附近。地質(zhì)工作中用來分析巖礦元素的光譜分析，就是利用這一部分特性。第二，軌道電子在K、L、M、……等殼層中間跳躍時，所產(chǎn)生的光譜稱為線狀倫琴光譜，這時的原子能量變化大，發(fā)射的光子頻率高。線狀倫琴光譜由內(nèi)殼層電子的跳躍所引起，而內(nèi)殼層電子離核很近，所以這種光譜與原子核電荷之間有密切關系，稱為標識倫琴射線(又稱特征X射線)。近年來，分析和鑒定中迅速發(fā)展起來的X射線熒光法，便利用了該特性。原子及原子核的基礎知識原子的能級：在原子光譜學中，可以將其分為兩個類型：2010.0912核輻射探測學碩士研究生課程原子及原子核的基礎知識核力為1；電磁力10-2；萬有引力10-38

<0.8fm排斥；1fm顯著；>10fm消失。結合能bindingenergy核子結合成原子核時會放出能量核能級nuclearlevel中子、質(zhì)子運動狀態(tài)質(zhì)量虧損massdefect以氘為例中子質(zhì)量=1.008665u質(zhì)子質(zhì)量=1.007276u兩者之和=2.015941u氘子質(zhì)量=2.013552u兩者之差=0.002389u核能:2010.0913核輻射探測學碩士研究生課程常用述語：質(zhì)子proton、中子neutron核內(nèi)質(zhì)子數(shù)（Z）、核外電子數(shù)、核的電荷數(shù)原子序數(shù)atomicnumber中子數(shù)（N）N=A–ZA原子質(zhì)量元素:Z相同的原子

核素：具有特定質(zhì)子數(shù)Z、中子數(shù)N的原子核。已知2000多個核素放射性核素：

同位素isotope：相同Z,不同A（N不同）的核素。同量異位素isoboars：相同A，不同Z、N的核素。

同質(zhì)異能素isomers：相同A、Z；不同能級的核素。

2010.0914核輻射探測學碩士研究生課程化學元素周期表2010.0915核輻射探測學碩士研究生課程核反應核裂變核聚變原子及原子核的基礎知識2010.0916核輻射探測學碩士研究生課程2.核衰變放射性現(xiàn)象衰變衰變躍遷2010.0917核輻射探測學碩士研究生課程放射性現(xiàn)象定義：原子核自發(fā)的發(fā)生核結構的變化，由一個元素的原子核轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€元素的原子核，同時伴隨放射出粒子或電磁輻射的現(xiàn)象。稱為放射性衰變。放出的粒子：α粒子、β粒子、γ輻射、碎片

不受物理的、化學的條件的影響是一個隨機過程2010.0918核輻射探測學碩士研究生課程重帶電粒子衰變

例2010.0919核輻射探測學碩士研究生課程β衰變放出β粒子betaparticle高速運動的電子分為

－衰變和

＋衰變。

-衰變2010.0920核輻射探測學碩士研究生課程

-衰變實例衰變；

30年↘↘β1.17MeV↘↘β0.51MeV8%↘↘92%↘↓γ0.661MeV↘↓基態(tài)

2010.0921核輻射探測學碩士研究生課程β+衰變

β+衰變是原子核內(nèi)，一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變成一個中子，放出一個正電子：2010.0922核輻射探測學碩士研究生課程K俘獲K-capture原子核俘獲一個軌道電子，核內(nèi)一個質(zhì)子變成中子。2010.0923核輻射探測學碩士研究生課程γ躍遷γ-transition在α衰變、β衰變過程中，伴隨放出γ輻射gammaradiation例：基態(tài)↘↓γ0.059MeV,99.7%

β1.54MeV↘↘β0.31MeV0.3%↘↓γ

1.17MeV↓γ1.33MeV↓基態(tài)

2010.0924核輻射探測學碩士研究生課程3.放射性系列鈾系（鈾鐳系）釷系錒鈾系镎系不成系列的天然放射性核素2010.0925核輻射探測學碩士研究生課程放射性系列

鈾系uraniumseriesU-238A=4n+2釷系thoriumseriesTh-232A=4n錒鈾系actiniumuraniumseriesU-235A=4n+3镎系neptuniumseriesNp-237A=4n+1

2010.0926核輻射探測學碩士研究生課程放射性系列--鈾系鈾鏷釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛9291908988878685848382

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2010.0927核輻射探測學碩士研究生課程放射性系列--鈾系鈾鏷釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛9291908988878685848382

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2010.0928核輻射探測學碩士研究生課程放射性系列—釷系釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛鉈90898887868584838281

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2010.0929核輻射探測學碩士研究生課程放射性系列—釷系釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛鉈90898887868584838281

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2010.0930核輻射探測學碩士研究生課程小結（1）主要的輻射體（2）Rn及其衰變子體（3）主要的譜線及與核素間的一一對應關系（4）主要的譜線的相對強度2010.0931核輻射探測學碩士研究生課程4.天然放射性核素射線譜射線譜射線譜射線譜2010.0932核輻射探測學碩士研究生課程例：α衰變α射線能譜的精細結構：Bi-2125.48MeV0.016%5.6031.15.6220.155.7651.76.04769.96.08627.2Po-2128.78100.09.4920.00410.4220.00210.5430.018

2010.0933核輻射探測學碩士研究生課程天然放射性元素射線譜1.鈾系核素α射線γ射線(MeV)幾率能量(MeV)U-2384.1850.1870.048Th-2340.1480.093Ra-2264.7610.0120.184Rn-2225.4820.000640.51Po-2186.002--Pb-214--0.3770.3520.1890.295Bi-214--0.0522.2040.1631.7640.1661.1200.4710.609Po-2147.6872010.0934核輻射探測學碩士研究生課程天然放射性元素射線譜2.釷系核素α射線γ射線(MeV)幾率幾率能量(MeV)Th-2323.9930.1970.06Ra-2245.6770.030