核辐射测量方法优秀PPT.ppt

第一章 核辐射测量基础学问1核辐射(nuclear radiation)2 核的变换 nuclide transformation3 来源 粒子加速器 particle acceleration 4 5 宇宙射线 cosmic ray from outer space6 产朝气理角度核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 n 地地-空界面上伽玛射线的来源空界面上伽玛射线的来源 从空间分布角度从空间分布角度人工放射性人工放射性 7.2%n大气核试验大气核试验n核工业与核技核工业与核技术应用术应用n核医学诊断核医学诊断陆地放射性陆地放射性 80.0%n铀系列核素铀系列核素n钍系列核素钍系列核素n钾钾-40-40n其它核素其它核素宇宙射线宇宙射线 12.8%n电离成份电离成份 10.5%n中子中子 2.3%核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 一些核辐射的特征一些核辐射的特征:Type of particlesymbolCharge(relative)Approximate rest massRest massneutronn011.008982Protonp111.007593Deuterond122.014187Tritont133.01645Alpha particlea244.002777positron+e+11/18400.000549Electrons or beta particle-e-11/18400.000549 meson1210/18400.1151276/18400.152Gamma rayneutrinovFission fragment 2095核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 2 核辐射的分类 快电子 带点粒子辐射 重电子粒子 ray 电磁辐射 x ray 非带电辐射 中子核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 辐辐 射射 源源1 快电子源快电子源 fast electron source 1.1 衰变衰变 beta decay 反应式反应式 initial final antineutrinos nuclide nuclide反冲核（反冲核（recoil nuclide):E几乎为几乎为0 小于电离阈能小于电离阈能中微子：中微子：与与粒子安排衰变能粒子安排衰变能Q值。值。粒子的能量是连续的粒子的能量是连续的缺点：不是单能电子源（缺点：不是单能电子源（monoenergetic electrons)核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 1.2 内转换电子内转换电子 internal conversion 过程：过程：衰衰变变 母核母核 能量是能量是单单能的能的母核：处于激发态母核：处于激发态放射光子内转换核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 1.3 俄歇电子 Auger electron 特征x射线原子壳层中的电子空位原子壳层中的电子空位 俄歇电子特点：能量较小入射粒子入射粒子光电子光电子特征特征X射线射线俄歇电子俄歇电子核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 1.4 电子加速器 Accelerator 灯丝加热是丰富的电子源灯丝加热是丰富的电子源 电子从表面逸出时，起能量小于电子从表面逸出时，起能量小于1ev1ev 电压差电压差 电子获得的能量电子获得的能量 1 V 1eV 1 V 1eV 1000V 10keV 1000V 10keV 2000V 20keV 2000V 20keV 大型电子加速器能加速到几大型电子加速器能加速到几 MeV MeV 核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 2 重带电粒子源重带电粒子源 2.1 2.1 衰变衰变 Alpha decay Alpha decay 特点：特点：1 1）能量单一）能量单一 5.358Mev 2 5.358Mev 2）封装薄）封装薄 0.09%0.09%金属箔金属箔 0.143 5.456Mev 0.143 5.456Mev 28%28%0.043 5.49Mev 0.043 5.49Mev 72%72%核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 2.2 自发裂变自发裂变 spontaneous fission 原则上全部重核都可能自发地裂变成两个轻核碎片。原则上全部重核都可能自发地裂变成两个轻核碎片。超铀元素自发裂变几率高超铀元素自发裂变几率高 动量守恒原理动量守恒原理 两个碎片相向放射两个碎片相向放射 能量由两碎片带走能量由两碎片带走 伴随产生中子伴随产生中子、射线射线 核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 3电磁辐射源电磁辐射源 3.1 3.1 伴随伴随衰衰变变的的辐辐射射 x rays following beta decay 射射线线的的产产生：生：受激受激态态原子核向原子核向较较低能低能级跃级跃迁迁时产时产生生 22Na 1）发发生的生的时间时间 ns级级以下以下 EC10%2）单单能能 +90%3 90%3）衰衰变变的半衰期的半衰期较长较长 1.274 excided nuclide state 41.274 excided nuclide state 4）核的退激核的退激 1 transformation1 transformation ground state ground state 核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 3.2 湮没辐射湮没辐射 Annihilation radiation 与与-衰变相伴随衰变相伴随 正电子失去动能之后与负电子相结合产生两个方向相反的正电子失去动能之后与负电子相结合产生两个方向相反的0.511MeV的光子。的光子。湮没辐射的时间极短。湮没辐射的时间极短。0.511MeV的光子与原的光子与原辐射在探测器中相叠加形成能量较大辐射在探测器中相叠加形成能量较大的光电源。的光电源。一般一般+源的封装材料都能阻挡正电子。源的封装材料都能阻挡正电子。核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 3.3 伴随核反应产生的伴随核反应产生的射射线线 follow nuclear reaction 例如：例如：Er=4.44Mev 时间长 21011s 单能 核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 3.4 轫致辐射轫致辐射 1）产生：高速电子受核库仑场阻挡而变更方向产生产生：高速电子受核库仑场阻挡而变更方向产生 2）连续谱连续谱 continue spectrum 从从 0E max（最大电子能量）（最大电子能量）核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 3.5 特征特征x 射线射线 产生：产生：原子壳层电子跃迁原子壳层电子跃迁-原子退激原子退激 时间时间ns级级 Auger electron 竞争过程竞争过程 荧光产额荧光产额 fluorescent field 光子能量光子能量 产生方式：产生方式：a)exciting by Radioactive decay 电子俘获电子俘获 electron capture 内转换内转换 internal conversation b)外部辐射激发外部辐射激发 excited by external radiation c)同步辐射同步辐射 synchrotron radiation 核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 放射性的历史放射性的历史放射性放射性(radioactivity)这一名词首次首次被利这一名词首次首次被利用是用是Marie Curie。在。在1898,她首先用来描述她首先用来描述能发出电离辐射能发出电离辐射(ionizing radiation)的物质的物质的外部特征的外部特征,进一步证明白电离辐射与电磁进一步证明白电离辐射与电磁辐射的差别。辐射的差别。放射性的最早探讨者：伦琴（放射性的最早探讨者：伦琴（Roentgen);1895年，伦琴用阴极射线（电子束）在放电管壁年，伦琴用阴极射线（电子束）在放电管壁上的作用产生上的作用产生x射线（射线（x ray)。首先发觉放射性：首先发觉放射性：1896年，贝可勒尔年，贝可勒尔(Becquerel)发觉铀矿石使胶卷暴光，称之发觉铀矿石使胶卷暴光，称之为为radiation actives。u 1898年，施密特发觉钍（Th）具有与铀矿石相同的特征。u 1899年，卢瑟福（Rutherford）和欧文斯（Owens）发觉u 射气（emanation)现象。u 1901年，Pierre 和Marie Curie发觉镭（Ra）之后又发觉了u 钋（Po）。通过探讨铀钍矿石的放射性，发觉 Ra比铀钍具 u 有更强的放射性，于是从沥青中提炼出镭u 1903年，Becquerel 和Marie Curie夫妇分别获得物理诺贝 u 尔奖。u 1911年，Marie Curie 获得化学 Nobel Prize for isolatiing u radium（Pierre died in 1906）。u Marie Curie died in 1934 at the age of 67 years as a result of prolonged exposure to radioactivity Ra.核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 u 1911年，卢瑟福（Rutherford）用射线轰击各种原子，u 观测到射线发生偏折，从而确定了核结构，并提出了原u 子结构的行星模型，从而奠定了原子结构和原子核结构的 u 探讨基础。u 此后不久，玻尔提出了原子的壳结构和电子在原子中的运u 动规律，同时建立了描述微观世界的量子力学。u 1919年，在卡文迪许试验室，实现了人工核蜕变核反应，u 它是用粒子轰击氦核能放出质子，反应式如下：u u 1932年，发觉中子（neutron)。u 1934年，人工放射性核素合成成功。核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 单位和定义单位和定义(unit and definition)1.放射性活度 放射性核素的衰变率放射性核素的衰变率 单位单位:/s Becquerel(:/s Becquerel(国际单位国际单位)Curie(Ci):1g Curie(Ci):1g 纯纯RaRa的活度的活度 1Bq=3.710 1Bq=3.71010 10 CiCi 放射性比活度放射性比活度 specific activity specific activity 描述单位质量的放射性同位素样品的放射性活度描述单位质量的放射性同位素样品的放射性活度 specific activity=specific activity=核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 2能量 energy3 传统传统:电子伏电子伏(eVeV)KeVKeV MeVMeV 一个电子经过一个电子经过1 1伏电压差加速所达到的动能伏电压差加速所达到的动能 国际单位国际单位SI:SI:焦耳焦耳 J jouleJ joule 1 1 eVeV=1.60210=1.60210-19-19 J J 光子能量与辐射频率的关系光子能量与辐射频率的关系:核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 3辐射照射量4 在辐射防护中的物理量5射线照射量6 def:射线在质量为dm的空气体积元内形成的次级电子7 (负,正电子)完全被阻挡在空气中时所产生的电离电荷dQ8 X=dQ/dm9 SI 单位 库仑/kg C/kg10 历史单位 伦琴 R11 1R=2.5810-4 C/Kg12 辐射量描述的是空间某一点(无源)射线强度,是通过确定通13 量的射线对空气体积元的作用来定义的.14 核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 基本问题 按x的定义,累计次级电子的电离电荷量始终到次级电子路径终止.距单位放射活度的源在已知点的照射量(点源).a)源足够小,能保持球形条件,光子通量不随1/d2而减小.b)x,射线在源和测量点之间的空气或其他物质没有 吸取 c)只有从源到测量点的光子才有贡献,忽视四周介质物 质中的散射光子 表示全部从辐射源发出的能量大于 的光子都对剂量有贡献.而能量小于 的光子由于吸取等而无实际意义。核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 典型同位素源的 值 Cesium 3.3 Cobalt-57 0.9 Cobalt-60 13.2 Radium-226 8.25 Sadium-24 18.4 核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 4吸取剂量 Absorbed Dose5 6 def:D=dE/dm7 8 SI单位：J/Kg9 Gray(G y)=1 J/Kg10 废除单位：Rad(拉德)=100尔格/克11 1 Gy=100 Rad 12 核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 探讨问题探讨问题两种不同的物质受到相同的两种不同的物质受到相同的射线照射量，则射线照射量，则吸取剂量不确定相同。吸取剂量不确定相同。缘由：物理性质的变更诱发化学反应缘由：物理性质的变更诱发化学反应D是确定的辐射照射量在吸取物质中产生的化是确定的辐射照射量在吸取物质中产生的化学和物理效应的适当量度。学和物理效应的适当量度。介质：空气介质：空气 射线射线 1C/Kg 34.5J/Kg(Gy)测量介质中的测量介质中的D核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全 5 剂量当量（H）用适当的修正因数对吸取剂量进行加权,使得修正后吸取剂量能更好地和辐射所引起的有害效应联系起来.定义为在组织内所关切的点上的D、Q、和乘积。H=DQN D：Absorbed dose Q:Quality factor 描述射线的生物效应 N：全部其它修正因素的乘积,ICRP定义:N=1单位:（拉德）雷姆 (rem)戈瑞 希沃特（Sv）核核 技技 术术 与与 自自 动动 化化 工工 程程 学学 院院 葛葛 良良 全全