《放射性基础知识》PPT课件.ppt

世界上第一张世界上第一张X光照片光照片In 1895,William Roentgen,a chemist in Germany,had been studying light from a Crookes tube(now called X-ray tubes)and noticed that it exposed some photographic film that was nearby,thus providing the first evidence that rays other than visible light could expose photographic plates.He named these invisible rays a“X-rays”because“X”represents the unknown in physics.That same year he made the first radiographic image,shown in left figure.In 1901 he received the Nobel Prize in physics for his work.X-ray tubes贝克勒尔与贝克勒尔与居里夫妇居里夫妇居里夫妇居里夫妇第一章原子核与放射性物理基础 1)“1)“原子原子”概念的提出概念的提出 古希腊时代古希腊时代 哲学思辩哲学思辩 泰勒斯泰勒斯:万物万物源于源于水水自然现象归于自然物质自然现象归于自然物质 水水 空气空气 土土 火火 等等 德谟克利特德谟克利特:万物由万物由原子原子构成构成,原子是物原子是物质世界的共同基础质世界的共同基础.不能再分割不能再分割.原子原子 思辩性概念思辩性概念思辩球思辩球思辩性思辩性“原子原子”在沉睡了在沉睡了 2000 2000 多年后多年后2 2）1803 1803道耳顿原子道耳顿原子科学概念球科学概念球科学概念球科学概念球公元前公元前4 4世纪世纪德寞克利特德寞克利特 1803 1803道尔顿道尔顿 1911 1911卢瑟福卢瑟福19131913玻耳玻耳19321932海森堡海森堡？人类认识物质人类认识物质“基本砖块基本砖块”历程历程电子电子2000 多年多年6 0 多多 年年100 1990年代年代“基本砖块基本砖块”轻子轻子 12夸克夸克 36媒介子媒介子 13希格斯粒子希格斯粒子 1合计合计 62其中其中 2个粒子尚个粒子尚未发现：引力子未发现：引力子和希格斯粒子。和希格斯粒子。19641964夸克夸克原子结构原子结构原子核中子质子电子(电子云)+从母核中射出的4He原子核 粒子得到大部分衰变能238U4He+234Th放射性母核放射性母核放射性母核放射性母核!一一 基本衰变类型基本衰变类型:衰变衰变 衰变衰变241241AmAm 237237NpNp+发生原因母核中子或质子过多质子转变成中子，并且质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷带走一个单位的负电荷+中微子-反中微子反中微子 三种子体分享裂变能三种子体分享裂变能三种子体分享裂变能三种子体分享裂变能因此电子具有连续能量因此电子具有连续能量因此电子具有连续能量因此电子具有连续能量基本衰变类型基本衰变类型:衰变衰变-中微子原子轨道电子被俘获基本衰变基本衰变 衰变（动画）衰变（动画）Radiocarbon Formation and ExchangeCosmic raysnproton14C14NCO214CO2 衰变衰变3 3H H 3 3HeHe 延迟的中子发射过程产物 -缓发中子裂变中子中有0.6%的缓发中子使得热中子反应堆可控！正正 衰变衰变1111C C 1111B B 质子变成中子X射线电子俘获电子俘获电子俘获电子俘获7 7BeBe 7 7Li Li+中微子 光子基本衰变类型基本衰变类型:衰变衰变 3 3）衰变衰变 137 137 Cs Cs 137 137 Ba*Ba*（激发态）（激发态）母核母核 -衰变衰变 衰变衰变 137 137 Ba+Ba+射线（射线（661.7 keV661.7 keV）子核（基态）子核（基态）（）（）光子是什麽？（学生举例说明光子的来源和分类）光子是什麽？（学生举例说明光子的来源和分类）射线就是高能量的光子射线就是高能量的光子 ：几百：几百keV-MeV keV-MeV 量级量级 衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃 迁迁 ，在这个过程中发射，在这个过程中发射 射线，原子核能态降低。射线，原子核能态降低。射线是高能量的电磁辐射射线是高能量的电磁辐射 光子光子 衰变衰变:特点：1、从原子核中发射出光子2、常常在 或 衰变后核子从激发态退激 时发生3、产生的射线能量离散4、可以通过测量光子能量来区分母体的核素 类别 衰变衰变3 3HeHe 3 3HeHe 衰变衰变-衰变衰变+衰变衰变 衰变衰变二二 衰变规律衰变规律 半衰期半衰期(half-live)1.3.3 1.3.3 放射性衰变基本规律放射性衰变基本规律 1 1 指数衰减规律指数衰减规律 N=NN=N0 0e e-t t N N0:0:（t=0t=0）时放射性原子）时放射性原子 核的数目核的数目N:N:经过经过t t时间后未发生衰变时间后未发生衰变的放射性原子核数目的放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数放射性原子核衰变常数 大小只与原子核本身性质大小只与原子核本身性质 有关，与外界条件无关有关，与外界条件无关;数值越大衰变越快数值越大衰变越快N=NN=N0 0e e-t t衰变规律:核辐射与物质的基本作用核辐射与物质的基本作用 。原子原子。n n 物物 质：气体质：气体 液体液体 固体固体 包括人体包括人体 等等微观粒子间碰撞有动量和能量的传递微观粒子间碰撞有动量和能量的传递 库仑作用库仑作用 1 1 电离作用电离作用 2 2 电离效应电离效应二二 带电粒子通过物质带电粒子通过物质自由电子自由电子正离子正离子 +靶原子靶原子 正离子正离子+电子电子+4He +Ar Ar+e-+4He物质中原子被电离，在物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成粒子通过的路径上形成许多离子对：许多离子对：正离子和自由电子正离子和自由电子+e-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-库仑作用库仑作用 射线与射线与射线射线电离效应比较电离效应比较 射线射线 射线射线径迹径迹 粗粗 直直 细细 弯弯 电离作用强电离作用强 电离作用严重电离作用严重 产生离子对数目多产生离子对数目多 电离作用电离作用 Z Z1 1Z Z2 2/v/v2 2 Z Z1 1 入射粒子原子序数入射粒子原子序数 Z Z1 1 靶粒子原子序数靶粒子原子序数 v v 入射粒子速度入射粒子速度 实验结果实验结果粒子粒子径迹是一条直线径迹是一条直线 5.3 MeV 5.3 MeV粒子在空气中粒子在空气中 的射程的射程3.83 cm3.83 cm电子径迹是折线电子径迹是折线射线对物质的电离射线对物质的电离作用作用:两步过程两步过程三种作用效应三种作用效应 光电效应光电效应 康普顿效应康普顿效应 电子对效应电子对效应 产生次级电子产生次级电子电离效应电离效应次级电子使次级电子使物质原子电离物质原子电离射线射线第第 1 1 步步初级作用初级作用第第 2 2 步步次级作用次级作用n光电效应光电效应 自由电子自由电子 作用机制作用机制光子同光子同(整个整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为成为自由电子，光子本身消失了。自由电子，光子本身消失了。+A A*+e-（光电子）（光电子）原子原子 A +X 射线射线原子原子受激原子受激原子 电子对效应电子对效应能量能量1.02 1.02 MeVMeV 的的射线射线与原子核作用可能产生一对与原子核作用可能产生一对正正-负电子。负电子。M M M +e M +e+e+e-1 1 +2 2 1.02 MeV m 1.02 MeV me e m me e基本条件：基本条件：射线能量射线能量 E E 1.02 MeV 1.02 MeV 为什麽？为什麽？能量转化成能量转化成质量质量M=E/C23 3 轫致辐射轫致辐射电子打在荧光屏上电子打在荧光屏上产生产生X X射线射线电视机显像管电视机显像管特征特征:x:x 射线能量连续射线能量连续 0 E 0 EMaxMax(电子能量电子能量)电视机电视机 高压高压15 kV 15 kV 电子束能量电子束能量15 keV15 keV x x 射线能量射线能量 0-15 keV 0-15 keV应注意玻璃含有应注意玻璃含有4040K U ThK U Th产生机制产生机制原子核原子核4 4 正电子湮灭正电子湮灭正电子与负电子相遇发生湮正电子与负电子相遇发生湮灭，产生两个灭，产生两个 0.511 0.511 MeV的的 光子。光子。e+e-+me+me-=0.511 +0.511 MeV 质量转化为能量质量转化为能量 转化效率转化效率 (100%）相互作用系数n n质量减弱系数质量减弱系数n n质量能量转移系数质量能量转移系数n n质量能量吸收系数质量能量吸收系数相互作用系数n n碰撞阻止本领碰撞阻止本领碰撞阻止本领碰撞阻止本领n n辐射阻止本领辐射阻止本领辐射阻止本领辐射阻止本领n n总阻止本领总阻止本领总阻止本领总阻止本领中子不带电不能直接使原子电离中子不带电不能直接使原子电离 但中子容易进入原子核内但中子容易进入原子核内同原子核发生作用引起核反应同原子核发生作用引起核反应1 1）与）与 H H 原子核的弹性碰撞原子核的弹性碰撞 传递能量传递能量 质子跑出来质子跑出来 中子被慢化中子被慢化 n+H n +p n+H n +p 第一步第一步 打出质子（载能）打出质子（载能）第二步第二步 质子引起物质电离质子引起物质电离 慢化剂慢化剂:轻水轻水(1 1H H2 2O)O)重水重水(2 2D D2 2O)O)五五 中子与物质的作用中子与物质的作用nHnnp电离电离 2 2）中子核反应中子核反应 例如例如(n,p)(n,p)反应反应 n +n +1414N N 1414C +p C +p 第一步第一步 核反应产生质子核反应产生质子 第二步第二步 质子对物质产生质子对物质产生 电离作用电离作用 n p电离电离1414N N1414C C 人体有大量人体有大量 H H 和和 N N 原子原子 中子对人体电离效应严重中子对人体电离效应严重 伤害也严重伤害也严重12电离辐射电离辐射 直接或间接使介质发生电离直接或间接使介质发生电离效应的带电或不带电的射线效应的带电或不带电的射线或粒子或粒子 (能量能量 keV)keV)、x x、n n、p p、裂变碎片裂变碎片 介子等介子等 来来 源源 1)1)放射性物质放射性物质(人造人造 天然）天然）2)2)加速器加速器3)3)反应堆反应堆 4)4)宇宙射线宇宙射线 5)5)地球环境地球环境 电离辐射和非电离辐射电离辐射和非电离辐射 非电离辐射非电离辐射 紫外线、红外线、微波等紫外线、红外线、微波等这些粒子虽能够同物质发这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生作用但都不能使物质发生电离效应生电离效应 eV eV 量级量级移动电话移动电话 800-1800 MHz 800-1800 MHz 0.01 eV 0.01 eV (没有电离作用）没有电离作用）