電離輻射防護(hù)概述

一原子核與放射性原子核中子質(zhì)子電子(電子云)+++電磁力

將原子核與電子結(jié)合核力

將核中質(zhì)子與中子結(jié)合核力〉〉電磁力核力是短程力一：現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)核與電子處于不同的能量狀態(tài)(能級(jí)結(jié)構(gòu))原子半徑：10-10m原子核半徑：10-14m核素：具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子核的一種統(tǒng)稱核素質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)量數(shù)符號(hào)氦-42244He碳-12661212C碳-13671313C碳-14681414C核素及符號(hào)表示同位素：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的核素名稱質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)量數(shù)舉例同位素相同不同不同1H2H3H同中子素不同相同不同2H3He同量素不同不同相同3H3He放射性核素：能自發(fā)地發(fā)射各種射線或粒子的核素。二：原子核衰變及衰變規(guī)律---放射性原子核衰變：原于核由于自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓^程。放射性：原子核自發(fā)地發(fā)射各種射線或粒子的現(xiàn)象。質(zhì)子變成中子X射線電子俘獲電子俘獲——7Be

7Li+++++++++－中微子

光子基本衰變——衰變基本衰變——衰變衰變特點(diǎn)：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(shí)發(fā)生3、產(chǎn)生的射線能量不連續(xù)4、可以通過測(cè)量光子能量來鑒定核素種類類別α衰變?chǔ)?衰變?chǔ)?衰變

衰變半衰期(T1/2)定義：一定量的某種放射性原子核衰變至原來的一半所需要的時(shí)間。時(shí)間t(T1/2)012345n放射性原子核數(shù)目N0N0/2N0/4N0/16N0/32N0/64N0/2n經(jīng)過n個(gè)半衰期后，未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目是原有的1/2n放射性衰變規(guī)律放射性衰變基本規(guī)律1.指數(shù)衰減規(guī)律

N=N0e-t

N0:（t=0）時(shí)放射性原子核的數(shù)目N:經(jīng)過t時(shí)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?cè)娇霳=N0e-t1.0086650n中子1.007276+1p質(zhì)子00

5.486×10-4

±1e±

β

4.00279+24Heα質(zhì)量(u)電荷（e)符號(hào)種類

α

β核輻射的基本性質(zhì)

天平為何傾斜?重輕原子核結(jié)合能和原子核穩(wěn)定性

質(zhì)量虧損

氦原子核（4He）由2個(gè)質(zhì)子+2個(gè)中子構(gòu)成

2個(gè)質(zhì)子質(zhì)量+2個(gè)中子質(zhì)量

=﹖原子核4He的質(zhì)量

2x1.007276+2x1.008665=4.002603

ΔM(4He)=4.031882-4.002603=-0.029279u

ΔE(4He)=ΔM(4He)C2=27.27MeV虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量氦原子核的結(jié)合能是27.27MeV虧損的質(zhì)量哪里去了?質(zhì)能關(guān)系E=MC2定義:質(zhì)子和中子結(jié)合構(gòu)成原子核時(shí)所釋放的能量

原子核的結(jié)合能越大（質(zhì)量虧損越大）原子核越穩(wěn)定

比結(jié)合能(原子核結(jié)合能/核子數(shù))表核素比結(jié)合能MeV核素比結(jié)合能MeV核素比結(jié)合能MeV2H1.11212C7.68235U7.593He2.57316O7.98238U7.574He7.0756Fe8.79最大

6Li5.33107Ag8.55

7Li5.61208Pb7.87

原子核結(jié)合能釋放能量途徑:1）重核裂變

2）輕核聚合成原子核重核裂變輕核聚合原子核平均結(jié)合能(比結(jié)合能)曲線252Cfα自發(fā)裂變中子引起235U

裂變H原子核聚合H的燃燒太陽能釋放能量舉例比較:

裂變能n+235U

X+Y+E200MeV

化學(xué)能

C+O2

CO2+

E

4ev

汽油與氧的爆炸，一個(gè)分子釋放40-50eVTNT爆炸自身釋放能量，每個(gè)分子30eV例：估算裂變釋放的能量n+235U

(236U)X+Y+E假設(shè)裂變成質(zhì)量相等的兩塊質(zhì)量數(shù)各約為118

235U核子平均結(jié)合能7.6MeV質(zhì)量數(shù)為118的原子核平均結(jié)合能8.6MeV兩者平均結(jié)合能差

1MeV230多個(gè)核子總的E=200MeV!

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

介子等

非電離輻射紫外線、紅外線、微波等，這些粒子雖能夠同物質(zhì)發(fā)生作用但都不能使物質(zhì)發(fā)生電離效應(yīng)～eV量級(jí)移動(dòng)電話800-1800MHz﹤0.01eV(沒有電離作用）三：電離輻射的來源。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。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(dòng)量和能量的傳遞四：射線與物質(zhì)的相互作用

1帶電粒子（α、β）與物質(zhì)的作用

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(duì)：正離子和自由電子

+e-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-庫(kù)侖作用

電磁輻射譜

小能量高E=h,=c/

大能量低2γ射線與物質(zhì)的作用電磁輻射產(chǎn)生的來源γ射線→X射線→紫外光→可見光→紅外光→微波→無線電波

高能輻射區(qū)γ射線能量最高，來源于核能級(jí)躍遷

χ射線來自內(nèi)層電子能級(jí)的躍遷

光學(xué)光譜區(qū)紫外光來自原子和分子外層電子能級(jí)的躍遷可見光紅外光來自分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷波譜區(qū)微波來自分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)及電子自旋能級(jí)躍遷無線電波來自原子核自旋能級(jí)的躍遷波長(zhǎng)長(zhǎng)γ射線是波長(zhǎng)很短能量高的電磁輻射（

﹤

10-11米，keV，MeV），來自原子核γ衰變,

不帶電，靜止質(zhì)量0

。γ射線是什麼？

能夠同物質(zhì)原子發(fā)生作用，但不能直接使原子電離；有動(dòng)量和能量交換,能夠產(chǎn)生載能次級(jí)帶電粒子，可以對(duì)物質(zhì)發(fā)生電離作用。能量E=hν）動(dòng)量p=hν/cγ射線對(duì)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(duì)效應(yīng)

產(chǎn)生次級(jí)電子電離效應(yīng)次級(jí)電子使物質(zhì)原子電離γ射線第1步初級(jí)作用第2步次級(jí)作用光電效應(yīng)

自由電子

作用機(jī)制光子同(整個(gè))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(dòng)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能量≥1.02MeV的γ射線與原子核作用可能產(chǎn)生一對(duì)正-負(fù)電子。

電子對(duì)效應(yīng)康普頓－吳友訓(xùn)效應(yīng)（Compton--Wueffect)

當(dāng)光子與物質(zhì)原子中的一個(gè)電子發(fā)生彈性相撞時(shí)，將部分能量傳給電子，電子獲得能量后脫離原子而運(yùn)動(dòng)，該電子稱康普頓－吳有訓(xùn)電子，而使物質(zhì)電離。光子本身能量減少又改變了運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)光子的能量為0.5--1.0MeV時(shí)，該效應(yīng)比較明。正負(fù)電子湮滅正電子與負(fù)電子相遇發(fā)生湮滅，產(chǎn)生兩個(gè)0.511MeV的γ光子。

e++e-

→

γ+γ

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

(100%）

γ

γ

αβγ對(duì)物質(zhì)電離作用的比較2MeV射程(m)離子對(duì)密度/mmα0.016000β2-360

γ10幾個(gè)1MeV的粒子穿透物質(zhì)能力

α1頁β60頁/本

鉛鉛室γn4580本地下1-2米深中子源αβγ射線穿透物質(zhì)能力αβγ射線穿透人體皮膚情況中子不帶電不能直接使原子電離但中子容易進(jìn)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