第一章 放射性基礎(chǔ)知識

第一章放射性基礎(chǔ)知識第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月貝克勒爾與居里夫婦第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月居里夫婦第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章

原子核與放射性物理基礎(chǔ)第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

1)“原子”概念的提出古希臘時代

哲學(xué)思辯

泰勒斯:萬物源于水自然現(xiàn)象歸于自然物質(zhì)水空氣土火等

德謨克利特:萬物由原子構(gòu)成,原子是物質(zhì)世界的共同基礎(chǔ).不能再分割.原子思辯性概念思辯球思辯性“原子”在沉睡了2000多年后……2）1803道耳頓原子—科學(xué)概念球科學(xué)概念球第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月公元前4世紀(jì)德寞克利特1803道爾頓1911盧瑟福1913玻耳1932海森堡？人類認識物質(zhì)“基本磚塊”歷程電子2000多年60多年1001990年代“基本磚塊”輕子12夸克36媒介子13希格斯粒子1合計62其中2個粒子尚未發(fā)現(xiàn)：引力子和希格斯粒子。1964夸克第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月原子結(jié)構(gòu)原子核中子質(zhì)子電子(電子云)+++第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月+++++++++從母核中射出的4He原子核

粒子得到大部分衰變能238U

4He+234Th放射性母核!!一基本衰變類型:衰變第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月衰變——241Am

237Np第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月+++++++++發(fā)生原因——母核中子或質(zhì)子過多質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子，并且?guī)ё咭粋€單位的正電荷中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子，并且?guī)ё咭粋€單位的負電荷+中微子-反中微子

三種子體分享裂變能——因此電子具有連續(xù)能量基本衰變類型:衰變-中微子原子軌道電子被俘獲第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月基本衰變——衰變（動畫）第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月RadiocarbonFormationandExchangeCosmicraysnproton14C14NCO214CO2第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月衰變——3H

3He第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

延遲的中子發(fā)射過程產(chǎn)物-------------緩發(fā)中子裂變中子中有0.6%的緩發(fā)中子使得熱中子反應(yīng)堆可控！第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月正衰變——11C

11B第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)子變成中子X射線電子俘獲第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月電子俘獲——7Be

7Li第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月+++++++++－中微子

光子基本衰變類型:衰變第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

3）衰變

137Cs137Ba*（激發(fā)態(tài)）母核-衰變衰變

137Ba+射線（661.7keV）子核（基態(tài)）

（0.0）光子是什麼？（學(xué)生舉例說明光子的來源和分類）

射線就是高能量的光子：幾百keV-MeV量級

衰變發(fā)生由于原子核能量態(tài)高，從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，在這個過程中發(fā)射

射線，原子核能態(tài)降低。

射線是高能量的電磁輻射——

光子第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月衰變:特點：1、從原子核中發(fā)射出光子2、常常在或衰變后核子從激發(fā)態(tài)退激時發(fā)生3、產(chǎn)生的射線能量離散4、可以通過測量光子能量來區(qū)分母體的核素類別第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月衰變——3He

3He第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月α衰變β-衰變β+衰變

衰變第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月二衰變規(guī)律半衰期(half-live)第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3放射性衰變基本規(guī)律

1指數(shù)衰減規(guī)律

N=N0e-t

N0:（t=0）時放射性原子核的數(shù)目N:經(jīng)過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目:放射性原子核衰變常數(shù)大小只與原子核本身性質(zhì)有關(guān)，與外界條件無關(guān);數(shù)值越大衰變越快N=N0e-t第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月衰變規(guī)律:第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月核輻射與物質(zhì)的基本作用

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。原子。。。αβγn

物質(zhì)：氣體液體固體包括人體等微觀粒子間碰撞有動量和能量的傳遞庫侖作用1電離作用2電離效應(yīng)第26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月二帶電粒子通過物質(zhì)自由電子正離子α+靶原子→正離子+電子+α

4He+Ar→Ar+

+e-+4He物質(zhì)中原子被電離，在粒子通過的路徑上形成許多離子對：正離子和自由電子

+e-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-庫侖作用第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月α

射線與β射線電離效應(yīng)比較

α射線

β射線徑跡粗直細彎

α

電離作用強電離作用嚴(yán)重產(chǎn)生離子對數(shù)目多電離作用Z1Z2/v2

Z1入射粒子原子序數(shù)Z1靶粒子原子序數(shù)

v入射粒子速度實驗結(jié)果第28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月α粒子徑跡是一條直線5.3MeVα粒子在空氣中的射程3.83cm電子徑跡是折線第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月γ射線對物質(zhì)的電離作用:兩步過程三種作用效應(yīng)

光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對效應(yīng)

產(chǎn)生次級電子電離效應(yīng)次級電子使物質(zhì)原子電離γ射線第1步初級作用第2步次級作用第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月光電效應(yīng)

自由電子

作用機制光子同(整個)原子作用把自己的全部能量傳遞給原子,殼層中某一電子獲得動能克服原子束縛跑出來,成為自由電子，光子本身消失了。

γ+A

A*+e-

（光電子）

原子

A+X射線原子受激原子第31頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月電子對效應(yīng)能量≥1.02MeV的γ射線與原子核作用可能產(chǎn)生一對正-負電子。

M＋γ→M+e++e-→

γ1+γ2

1.02MeVmeme0.511MeV0.511MeV基本條件：γ射線能量Eγ1.02MeV為什麼？能量轉(zhuǎn)化成質(zhì)量M=E/C2第32頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月3軔致輻射電子打在熒光屏上產(chǎn)生X射線電視機顯像管特征:x射線能量連續(xù)0–EMax(電子能量)電視機高壓15kV電子束能量15keVx射線能量0-15keV應(yīng)注意玻璃含有40KUTh產(chǎn)生機制原子核第33頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月4正電子湮滅正電子與負電子相遇發(fā)生湮滅，產(chǎn)生兩個0.511MeV的γ光子。

e++e-→

γ+γme++me-=0.511+0.511MeV質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量轉(zhuǎn)化效率(100%）

γ

γ第34頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月相互作用系數(shù)質(zhì)量減弱系數(shù)質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)質(zhì)量能量吸收系數(shù)第35頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月相互作用系數(shù)碰撞阻止本領(lǐng)輻射阻止本領(lǐng)總阻止本領(lǐng)第36頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月中子不帶電不能直接使原子電離但中子容易進入原子核內(nèi)同原子核發(fā)生作用引起核反應(yīng)1）與H原子核的彈性碰撞傳遞能量質(zhì)子跑出來中子被慢化n+H→n+p第一步打出質(zhì)子（載能）第二步質(zhì)子引起物質(zhì)電離慢化劑:輕水(1H2O)重水(2D2O)五中子與物質(zhì)的作用nHnnp電離第37頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2）中子核反應(yīng)例如(n,p)反應(yīng)n+14N→14C+p第一步核反應(yīng)產(chǎn)生質(zhì)子第二步質(zhì)子對物質(zhì)產(chǎn)生電離作用np電離14N14C人體有大量H和N原子中子對人體電離效應(yīng)嚴(yán)重傷害也嚴(yán)重12第38頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

電離輻射直接或間接使介質(zhì)發(fā)生電離效應(yīng)的帶電或不帶電的射線或粒子(能量﹥keV)α、β、γ、x、n、p、裂變碎片