核技術應用-考試復習資料

核技術及應用概述1、核技術：核技術是以核物理、核武器物理、輻射物理、放射化學、輻射化學和輻射與物質相互作用為根底，以加速器、反響堆、核武器裝置、核輻射探測器和核電子學為支撐而開展起來的綜合性現(xiàn)代技術學科。2、廣義地說，核技術可分為六大類：核能利用與核武器、核分析技術、放射性示蹤技術，輻射照射技術、核檢測技術、核成像技術。3、核能利用與核武器主要利用的什么原理，其主要應用有哪些？答：主要是利用核裂變和核聚變反響釋放出能量的原理，開發(fā)出能源或動力裝置和核武器，主要應用有：核電站、核潛艇、原子彈、氫彈和中子彈。4、什么是核分析技術，其特點是什么？答：在痕量元素的含量和分布的分析研究中，利用核探測技術、粒子加速技術和核物理實驗方法的一大類分析測試技術，統(tǒng)稱為核分析技術。特點：1.靈敏度高。比方，可達百萬分之一，即10-6，或記為1ppm；甚至可達十億分之一，即10-9，或記為1ppb。個別的靈敏度可能更高。2.準確。3.快速。4.不破壞樣品。5.樣品用量極少。比方，可以少到微克數(shù)量級。5、什么示放射性示蹤技術，有哪幾種示蹤方式答：定義：應用放射性同位素對普通原子或分子加以標記，利用高靈敏，無干擾的放射性測量技術研究被標記物所顯示的性質和運動規(guī)律，揭示用其他方法不能分辨的內在聯(lián)系，此技術稱放射性同位素示蹤技術。有三種示蹤方式：1)用示蹤原子標記待研究的物質，追蹤其化學變化或在有機體內的運動規(guī)律。2)將示蹤原子與待研究物質完全混合。3)將示蹤原子參加待研究對象中，然后跟蹤。6、研究植物的光合作用過程是利用的核技術的哪個方面？答：放射性示蹤7、核檢測技術:是以核輻射與物質相互作用原理為根底而產生的輻射測量方法和儀器。特點：1〕非接觸式測量；2〕環(huán)境因素影響甚無；3〕無破壞性：4〕易于實現(xiàn)多個參數(shù)同時檢測和自動化測量。8、輻射照射技術：是利用射線與物質的相互作用，將物質置于輻射場中，使物質的性質發(fā)生有利改變的技術。輻射交聯(lián)的聚乙烯有什么優(yōu)點：熱收縮、耐熱、機械強度大為提高、耐有機溶劑、不易被溶解、電絕緣性能很好，且不怕潮濕。9、X射線斷層掃描(XCT)、核磁共振顯像儀(NMR-CT)、正電子發(fā)射顯像儀(PECT)，同位素單光子發(fā)射顯像儀(SPECT)和康普頓散射顯像儀(CST)；10、核醫(yī)學是當今產值最大、開展最快的核輻射設備。第一篇核技術根底知識1、具有確定質子數(shù)和中子數(shù)的原子核稱做核素。質子數(shù)相同而中子數(shù)不同的核素互為同位素。2、結合能是質子和中子結合構成原子核時所釋放的能量。3、M(1H)=1.007825u,M(n)=1.008665u,M(14N)=14.003074u，14N的比結合能是多少Mev?答：4、M(1H)=1.007825u,M(n)=1.008665u,M(2H)=2.014102u，求氚核的結合能和比結合能是多少Mev?答：12Mev5、γ衰變特點：〔1〕從原子核中發(fā)射出光子〔2〕常常在a或β衰變后核子從激發(fā)態(tài)退激時發(fā)生〔3〕產生的射線能量不連續(xù)〔4〕可以通過測量光子能量來鑒定核素種類類別6、半衰期：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間。7、應用14C進行考古，自然界中為14C/12C×10-12，某生物化石中為14C/12解：t=ln=帶入數(shù)據(jù)推出t=46758年8、高速帶電粒子通過原子核附近時，受到原子核庫侖電場的作用而急劇減速，一局部能量以光子的形式輻射出來，這種輻射稱為韌致輻射。9、康普頓－吳有訓效應：當光子γ與物質原子中的一個電子發(fā)生彈性相撞時，將局部能量傳給電子，電子獲得能量后脫離原子而運動，該電子稱康普頓－吳有訓電子，而使物質電離。光子本身能量減少又改變了運動方向。當光子的能量為時，該效應比擬明。10、放射性活度：放射性核素在單位時間(dt)內發(fā)生核衰變的數(shù)目(dN)A=dN/dt單位：SI:Becquerel(Bq)1Bq=1s-1居里×1010Bq11、電離輻射的來源有哪些？答：1)放射性物質(人造天然)2)加速器3)反響堆4)宇宙射線5)地球環(huán)境核能利用與核武器1、原子核的比結合能：原子核的比結合能是該原子核中每個核子的平均結合能ε，也就是該原子核的總結合能B(Z,A)被質量數(shù)A除，即ε＝B(Z,A)／A2、裂變反響堆又哪幾局部組成？答：反響堆由堆芯、冷卻系統(tǒng)、慢化系統(tǒng)、反射層、控制與保護系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、輻射監(jiān)測系統(tǒng)等組成。3、試述反響堆的分類？答：按能譜分有：由熱能中子和快速中子引起裂變的熱堆和快堆；按冷卻劑分有：輕水堆，即普通水堆〔又分為壓水堆和沸水堆〕、重水堆、氣冷堆和鈉冷堆。按用途分有：〔1〕研究試驗堆：是用來研究中子特性，利用中子對物理學、生物學、輻照防護學以及材料學等方面進行研究；〔2〕生產堆，主要是生產新的易裂變的材料鈾-233、钚-239；〔3〕動力堆，利用核裂變所產生的熱能廣泛用于艦船的推進動力和核能發(fā)電。4、說明核電站工作原理？答：核電廠用的燃料是鈾。用鈾制成的核燃料在“反響堆”的設備內發(fā)生裂變而產生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內產生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發(fā)電機一起旋轉，電就源源不斷地產生出來，并通過電網送到四面八方。5、什么是有效增值系數(shù)或再生系數(shù)，什么是臨界狀態(tài)？答：是此代裂變產生的中子總數(shù)與前一代裂變產生的中子總數(shù)的比值。用K表示，K＝1時為臨界狀態(tài)。第二篇核醫(yī)學成像技術和儀器核子醫(yī)學儀器包括哪些？答：診斷型儀器：X射線透視，X射線攝影，X-CT,SRECT,PET，γ相機，NMRI。治療型儀器：X射線治療機，快中子治療儀，X-刀和γ-刀2、國際規(guī)定，作為表達組織密度的統(tǒng)一單位CT值的計算公式是什么？如果水的吸收系數(shù)為1，空氣的吸收系數(shù)為0.0013，空氣的CT值為多少？答：計算公式：空氣的CT值為：-10003、放射治療的方法有三種：貼敷法、腔內照射法和體外照射法。4、列舉三個γ射線診斷型儀器？答：γ心臟功能儀PETSPECT第三篇核輻射應用儀表1、γ密度計和γ厚度計都用什么放射源發(fā)射的γ射線？答：137Cs和60Co2、放射性同位素避雷針的避雷原理與富蘭克林避雷針的原理有什么不同？答：不同的是前者依靠放射性同位素發(fā)射的射線使避雷針附近的空氣大量的電離，主動地翻開一條與云中電荷相通的電的通路；而富蘭克林避雷針的尖端只能產生少量的離子。3、核輻射應用儀表的先進性表現(xiàn)在哪些方面？答：〔1〕非接觸式測量〔2〕環(huán)境因素對核輻射的來源無影響〔3〕實現(xiàn)在線測量〔4〕靜電消除器〔5〕能實現(xiàn)同時多個參量測量4、說出3個а輻射電離式儀表的應用形式？答：靜電消除器煙霧報警器避雷針5、輻射探傷常用γ源有哪些？答：137Cs、60Co、192Ir、241Am6、氫是快中子的最正確減速劑。7、中子水分計根據(jù)中子源，被測物，和探測器的幾何為之分不可分為：插入式，透射式和散射式三類。8、火災報警器的原理？答：原理：放射性同位素的原子核在無外界作用下能自發(fā)地發(fā)生衰變，變成另一種原子核，同時放出α射線、β射線或γ射線等。前兩種射線都帶電，并且具有較高的能量，所以能將空氣電離成正負離子而逐漸消耗自身的能。由于煙霧進入電離空間時，吸附了某些離子，使離子遷移速度明顯變慢。據(jù)此，就可以做成離子感煙探頭。離子感煙探頭與控制電器裝置相配合，構成了火災自動報警儀器。第四篇核輻照技術及應用常用輻照源：鈷-60，銫-137,電子加速器，同步輻射輻照劑量〔kGy〕5-10輻照效應抑制發(fā)芽殺蟲抑止成熟及霉爛延長貨架壽命巴斯德滅菌〔加熱菌〕去污染3、FAO/WHO/IAEA對輻照食品制定了一個標準：任何食品的輻照，在平均吸收劑量上限為什么情況下，沒有毒理學危害，也不會引起特殊的營養(yǎng)學或微生物學問題？答：10kGy4、輻射保藏技術的優(yōu)越性是什么？答：優(yōu)越性為：〔1〕射穿透能力強〔2〕適用性廣〔3〕輻射處理是一種冷加工技術〔4〕節(jié)省能量〔5〕無化學殘毒〔6〕大大延長產品的保質期？5、醫(yī)療用品消毒滅菌的特點是什么？答：特點:〔1〕射穿透能力強〔2〕適用性廣〔3〕輻射處理是一種冷加工技術〔4〕節(jié)省能量〔5〕無化學殘毒〔6〕大大延長產品的保質期第五篇放射性示蹤技術及應用1、放射性核素的來源主要有哪些？答：(1)反響堆生產〔2〕加速器產生〔3〕母牛法2、放射性示蹤劑的選擇要考慮哪些因素？答：〔1〕放射性半衰期〔2〕放射性比活度〔3〕輻射類型和能量〔4〕放射性核素的純度〔5〕放射性核素的毒性〔6〕示蹤劑的生物半衰期3、許多標記化合物都是以什么為根底制取的？答：14C和3H4、迄今,作為商品出售的放射性標記化合物已達約多少種,其中,14C標記化合物約多少多種,3H約多少答：1000；600；3005、放射性示蹤技術的特點？答：〔1〕靈敏度高〔2〕放射性比活度〔3〕測量簡便、易分辨〔4〕符合生理條件〔5〕能定位6、以什么標記的核藥物幾乎占臨床所用的放射性藥物的80%以上？答：99Tcm7、如下圖,0點為釷射氣220Rn釋放點,,小閃爍室a和b的容積為均為Vc，探測效率均為ε，計數(shù)率分別為CPMa和CPMb,2點至3點之間(包含可調容器)的容積為Vk，220Rn的衰變常數(shù)為λ，設氣體的流動是穩(wěn)定層流狀態(tài)，請推導管道流量Q測量的表達式？〔10分〕解：各點濃度為：220Rn在小閃爍室a和b中的衰變率為：ThA(216Po)的半衰期秒)很短，可以認為220Rn連續(xù)發(fā)射2個α粒子，那么小閃爍室a和小閃爍室b測到的α計數(shù)率為：小閃爍室a和小閃爍室b測到的α計數(shù)率比值為：所以氣體流量8、工業(yè)中流率測量常用方法是什么？其優(yōu)點是什么？答：常用方法：放射性示蹤技術；優(yōu)點：測量準確度與速度分布無關9、考古學家某動物化石，設同地質層中之長石內，鉀于氬之比例為90:10，鉀衰變成氬的半衰期為×109年，請由此推算該動物距今多少年？解：由于λ=ln2/T1/2所以×109÷ln2)×ln(1+10/90)=1.9411×108(年)由此可知該動物距今1.9411×108年。10、放射分析化學方法有哪些？答：〔1〕同位素稀釋法〔2〕放射分析法第六篇〔1〕活化分析技術1、核分析：利用核輻射粒子與物質的原子或原子核相互作用，采用核物理實驗技術獲得可觀測信息，分析研究物質材料成分和結構的方法。分類：1〕活化分析中子活化分析帶電粒子活化分析2〕離子束分析盧瑟福背散射分析溝道技術分析核反響分析粒子誘發(fā)x熒光分析3〕核效應分析穆斯堡爾效應分析正電子淹滅技術擾動角關聯(lián)核磁共振4〕超靈敏質譜分析2、中子探測的主要方法有哪些？答：反響法：產生帶電粒子，對物質產生電離；核反沖法：中子與核彈性碰撞，反沖核能量耗于電離；核裂變法：裂變碎片能量耗于電離，產生脈沖；激活探測法:中子照射物質,使其局部變?yōu)榉派湫栽亍?、什么是〔n,γ〕中子活化分析，分哪幾步？答：定義：用中子照射穩(wěn)定核素，穩(wěn)定核素吸收中子變成放射性核素，發(fā)射γ射線，測量γ射線的能量和強度可以得知原來穩(wěn)定核素的元素名稱和含量。步驟：1〕樣品2〕輻照3〕放射性測量4〕結果評價4、中子活化的中子源主要有哪幾類？答:主要有：?同位素中子源?加速器中子源?反響堆中子源5、有一樣品,用14MeV快中子做活化分析,通過16O(n,p)16N(=0.09b)反響,分析其中的16O,但樣品中含有19F,亦可通過19F(n,)16N(=0.057b)生成16N,同時知道19F還可以通過19F(n,p)19O(=0.02b)生成19O。實驗中照射樣品300s,冷卻10s，測16N〔T1/2〕1754KeV的射線〔分支比為，內轉換系數(shù)為〕60s，得16N峰面積記數(shù)為1985，再測量19O〔T1/2=30s〕1356KeV的射線〔分支比為，內轉換系數(shù)為〕60s，得峰面積記數(shù)為1054?，F(xiàn)中子通量密度為5109中子/cm2*s,探測器效率為，19F豐度100%，16O豐度99.7%解：16O→16N和19F→16N的1619F→19O的19由19O計數(shù)求得19F含量，從而求出19F對16N計數(shù)的奉獻，從16N計數(shù)1985中減去19F對16N計數(shù)的奉獻，那么是由16O生成的16N的計數(shù)，從而可以求出16O的含量，由公式帶入相關的數(shù)據(jù)可求出WF×10-4克×10-4克19F生成的16O計數(shù)N=帶入數(shù)據(jù)得N=9821985-982=1003那么16O含量WO帶入相關數(shù)據(jù)得出為：WO×10-46、中子活化分析中的初級干擾反響如何排除？答：樣品的元素別離用純熱中子，增大〔n,γ〕反響由反響閾能改變中子能量通過另外的核反響，測定干擾元素含量(2)帶電粒子活化分析1、具有一定能量的帶電粒子于物質中的原子核發(fā)生核反響時，如果反響的剩余核是放射性核素，那么測量這放射性核素的半衰期和活度，就可以確定樣品中被分析元素的種類和含量。這種元素分析方法稱為帶電粒子活化分析〔記為CPAA〕。2、怎么解決不同元素經照射后生成相同放射性核素，發(fā)射的γ射線能量相同〔β＋衰變核素〕的干擾？答：根據(jù)半衰期，增加輻照后的冷照時間t.3、帶電粒子活化分析中，用反響分析11B(p,n)11C元素時，存在著干擾反響14N(p,n)11答：需根據(jù)閾能，改變入射粒子的能量來消除。離子束分析〔1〕離子束分析方法的優(yōu)缺點？答：優(yōu)點：靈敏度高、分析時間短、不破壞樣品、分析范圍廣和取樣量少等優(yōu)點，因此特別適用于痕量元素的分析缺點：設備復雜、本錢較高2、RBS分析中有三個根本點，分別是什么？答：〔1〕運動學因子—質量分析〔2〕背散射微分截面—含量分析〔3〕能損因子—深度分析3、常選用2-3Mev的He做RBS的原因？答：1)此E范圍內，不會有核共振2)散射截面遵循盧瑟福公式3)探測器對4He+的能量分辨好4)4He+離子的數(shù)據(jù)比擬齊全，便于數(shù)據(jù)分析5)計算化合物樣品中能損的布拉格法那么，在這能區(qū)也適用6)對大多數(shù)小型加速器，很容易提供4He離子束，且能量多數(shù)在2Mev左右4、背散射分析對輕〔輕，重〕元素基體樣品中的重〔輕，重〕元素雜質有較高的分析靈敏度。5、在玻璃碳基體上，用真空噴鍍法鍍上一層10nm厚的Au〔M=197〕元素，以4MeV的粒子入射，假設在入射和出射路徑上的能損均為10KeV，在散射角為170度方向放置一探測器，那么在道寬為1.6KeV的多道譜儀中背散射譜中Au峰的寬度是多少?解E1=E0×k=4×E2=(4-0.01)×=3.6708Mev△E=E1-E2=3.69Mev-3.6708Mev≈12道離子束分析(2)1、離子束分析方法的優(yōu)缺點？答：〔1〕同步輻射激發(fā)〔2〕放射性同位素激發(fā)〔3〕光子激發(fā)〔4〕電子激發(fā)〔5〕離子激發(fā)2、何謂X射線熒光分析？答：確定物質中微量元素的種類和含量的一種方法。它用外界輻射激發(fā)待分析樣品中的原子，使原子發(fā)出標識X射線〔熒光〕，通過測量這些標識X射線的能量和強度來確定物質中微量元素的種類和含量。3、X射線熒光分析根據(jù)激發(fā)源的不同，可分成哪幾類？答：〔1〕帶電粒子激發(fā)X熒光分析〔2〕電磁輻射激發(fā)X熒光分析〔3〕電子激發(fā)X熒光分析4、粒子誘發(fā)X射線熒光分析〔PIXE〕有哪些干擾問題？答:〔1〕入射粒子的韌致輻射的干擾〔2〕γ射線的康普頓散射的干擾〔3〕二次電子韌致輻射的干擾5、PIXE定量分析的制靶方法有哪些？答：灰化法；硝化法；蒸發(fā)枯燥法；化學提取法等6、γ射線來自于什么躍遷，X射線來自什么躍遷，由此可見光射線來自于什么躍遷?答：核內；內層電子；外層電子離子束分析(3)1、核反響分析：利用核反響測定樣品表層的含量及深度分布的一種分析方法。用帶電粒子、中子和γ射線都可以引起核反響，在核反響分析中通常利用加速器產生的具有一定能量的離子束轟擊樣品，離子同樣品中待分析的核發(fā)生核反響，測量反響過程中瞬發(fā)放出的反響產物(出射粒子)，就可以實現(xiàn)元素定量分析。核反響分析分類：(i)帶電粒子活化分析(ii)瞬發(fā)輻射分析(PRA)(iii)共振反響分析2、入射粒子和靶和發(fā)生核反響的條件是兩者的相對動能必須滿足：3、定義：入射粒子在靶中引起的核反響數(shù)與入射粒子數(shù)之比。即一個入射粒子在靶中引起核反響的幾率稱為核反響的產額產額與截面的關系：截面大產額高。他們的不同之處在于，截面僅僅與反響本身有關，而與靶的狀態(tài)無關，即靶核的多少，截面都相同。產額除了與截面有關外，還與靶核的多少及物理狀態(tài)有關。在核反響分析方法中，為了能定量的測量，產額是一個很重要的量。4、一種煤灰分儀所用的2種放射源是241Am和60Co，假設皮帶空載時探測器輸出的241Am的信號是I0ˊ，輸出的60Co的信號是I0"，Iˊ是有煤時探測器輸出的241Am的信號，I"是有煤時探測器輸出的60Co的信號，μm是碳的質量吸收系數(shù)，μw是所要測的元素或化合物〔灰分〕的質量吸收系數(shù)，并且假設在中能區(qū)質量吸收系數(shù)與材料原子序數(shù)無關，請推導煤灰分含量的表達式。解：重質量吸收系數(shù)ut=uw×cw+um×cm其中cw為灰分含量，cm為碳的含量cw+cm=1所以ut=uw×cw+um×〔1-cw〕(1)對對令由〔1〕式可得：；推出：整理可得：考慮到中能區(qū)質量吸收系數(shù)與原子序數(shù)無關有：所以－/(－)核效應分析〔1〕―穆斯鮑爾效應分析1、穆斯鮑爾效應常見的應用方面有哪些？答：核物理；固體物理；化學領域；生物領域；考古，環(huán)境2、穆斯鮑爾實驗設備一般應包括哪幾局部？答:〔1〕穆斯堡爾源〔2〕驅動系統(tǒng)〔3〕吸收體〔4〕探測器和其他附屬設備3、在透射式穆斯堡爾實驗中，對于57Fe的的射線，四極分裂造成的E=810-8eV，求其對應的穆斯堡爾源運動速度？解：由△E=Eγ×v/c所以v=△E×c/Eγ=810-8×3×108×103)×10-34、光子能量與原子能級躍遷所發(fā)出光子能量的有什么區(qū)別？答：前者在keV到幾十MeV之間,而后者在eV到keV范圍內。核效應分析〔2〕―正電子湮沒技術1、正電子的來源：放射性核素的正β+衰變；宇宙射線中的正電子2、正電子進入物質在短時間內迅速慢化到熱能區(qū),同周圍媒質中的電子相遇而湮沒。正電子與電子相遇，兩者同時消失而產生γ射線的