《核电子学》PPT课件.ppt

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1、常用核电子技术常用核电子技术 Nuclear Electronics 物理工程学院物理工程学院物理工程学院物理工程学院赵书俊赵书俊赵书俊赵书俊原子核与放射性原子核与放射性原子核与放射性原子核与放射性 n n核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应1.核辐射与物质的基本作用核辐射与物质的基本作用2.带电粒子通过物质带电粒子通过物质3.射线通过物质射线通过物质4.射线的吸收射线的吸收5.中子与物质的作用中子与物质的作用n核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位1.放射性活度（放射性活度（A）2.

2、吸收剂量吸收剂量(D)3.剂量当量（剂量当量（H）n核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应 到达地球表面数目到达地球表面数目 6.66.610101010个个/cm/cm2 2 秒秒中微子与物质作用很弱中微子与物质作用很弱吸收截面吸收截面1010-40-40cmcm2 2通过通过100100万个太阳厚度万个太阳厚度强度才减少一半。强度才减少一半。中微子在宇宙中自由穿中微子

3、在宇宙中自由穿行，由于作用太弱，很行，由于作用太弱，很难探测到。难探测到。地球地球 R=6.37 x 10R=6.37 x 106 6 m m太阳太阳 R=7 x 10R=7 x 108 8 m m太阳中微子太阳中微子:天然存在天然存在对人体作用完全可以忽略不计，对人体没有危害。对人体作用完全可以忽略不计，对人体没有危害。人们不会对存在的大量中微子感到害怕人们不会对存在的大量中微子感到害怕.核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射的基本性质核辐射的基本性质核辐射

4、的基本性质核辐射的基本性质1.0086651.008665 0 0 n n中中 子子1.0072761.007276+1+1 p p质质 子子 0 0 0 0 5.486105.48610-4-4 1 1 e e 4.002794.00279+2+2 4 4He He 质质 量量 (u)(u)电荷电荷（e)e)符号符号种类种类载能的载能的 粒子粒子:1 有没有作用有没有作用 2 具体的作用机制是什麽具体的作用机制是什麽 3 有什麽样的规律有什麽样的规律 4 产生什麽样的结果产生什麽样的结果核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用

5、和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应一、核辐射与物质的基本作用一、核辐射与物质的基本作用一、核辐射与物质的基本作用一、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 电离效应电离效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应二、带电粒子通过物质二、带电粒子通过物质 +靶原子靶原子 正离子正离子 +电子电子 +4He +Ar

6、Ar+e-+4He物质中原子被电离，在粒子通物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对：过的路径上形成许多离子对：正离子和自由电子正离子和自由电子+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-自由电子自由电子正离子正离子+e-库仑作用库仑作用核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应 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

7、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 Z2 2 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 实验结果实验结果核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应粒子粒子径迹是一条直线径迹是一条直线 5.3 5.3 MeVMeV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核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应三

8、、三、射线通过物质射线通过物质 1 射线是什麽射线是什麽 2 射线的电离作用射线的电离作用 3 轫致辐射轫致辐射 4 正电子湮灭正电子湮灭核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应 电磁辐射谱电磁辐射谱 小小能量高能量高E=h ,=c/l 大大能量低能量低核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应射线是波长很短能量高的电磁辐射射线是波长很短能量高的电磁辐射 （10-11 米，米，keV，MeV），），来自原子核来自原子核衰变衰变,不带电，不带电，静止质量静

9、止质量 0 。1.1.射线是什麽？射线是什麽？能够同物质原子发生作用，但不能直接使原子能够同物质原子发生作用，但不能直接使原子 电离；电离；有动量和能量交换有动量和能量交换,能够产生载能次级能够产生载能次级 带电粒子，带电粒子，可以对物质发生电离作用。可以对物质发生电离作用。能量能量 E=h动量动量 p=h/c核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应2.2.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

10、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核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应n 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

11、线射线原子原子受激原子受激原子核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应 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 1.02 MeVMeV m me e m me e 0.511MeV 0.511MeV 0.511MeV 0.511MeV基本条件：基本条件：射线能量射线能量 E E 1.02 1.02 MeVMeV 为什麽？为什麽？能量转化成能量转化成质量质量M

12、=E/C2核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应3.3.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 0 E 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 15 keVkeV x x 射线能量射线能量 0-15 0-15 keVkeV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核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作

13、用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应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%）核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应 射线通过介质时由于同物质的作用射线通过介质时由于同物质的作用,光子的光子的数数量量不断的减少不断的减少,物质层越厚减少得越多，这种现象称物质层越厚减少得越

14、多，这种现象称做对做对射线的吸收射线的吸收。I(x)=I0 e-x 厚厚 度度 X X I I0 0 四、四、射线的吸收射线的吸收I 实验发现：实验发现：射线强度随通过介质层厚度增加而射线强度随通过介质层厚度增加而 减小，服从指数衰减规律减小，服从指数衰减规律。核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应 指数衰减规律指数衰减规律 指数衰减因子指数衰减因子 线性吸收系线性吸收系1 1）射线能量高射线能量高 值小值小2 2）原子序数高原子序数高 值大值大I(x)=II(x)=I0 0 e e-x-x能量（能量（能量（能量（MeV

15、MeV)铅（铅（铅（铅（PbPb)cm)cm-1-1 铝（铝（铝（铝（AlAl）cmcm-1-1 0.60.60.60.6 1.6 1.6 1.6 1.6 0.2 0.2 0.2 0.2 1.01.01.01.0 0.8 0.8 0.8 0.8 0.18 0.18 0.18 0.18 2.02.02.02.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.1 0.1 0.1 0.1铅和铝吸收系数铅和铝吸收系数核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应射线强度减弱射线强度减弱1/21/2 所通过物质层的厚度所通过物质层的厚度 射线的防护

16、大都选用射线的防护大都选用重金属铅、水泥等，重金属铅、水泥等，构成很厚的防护墙。构成很厚的防护墙。半吸收厚度半吸收厚度 单位：单位：cm物质层厚度物质层厚度 0 I/I 半吸收厚度半吸收厚度(d(d1/21/2)核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应 对物质电离作用的比较对物质电离作用的比较 2 MeV 射程射程(m)(m)离子对密度离子对密度/mm/mm 0.01 6000 0.01 6000 2-3 60 2-3 60 10 10 几个几个核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用

17、和效应核辐射通过物质时的作用和效应1 MeV 的粒子穿透物质能力的粒子穿透物质能力 1 页页 60页页/本本 铅铅地地 下下1-2 1-2 米深米深铅室铅室n n45804580本本中子源中子源核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应射线穿透物质能力射线穿透物质能力 射线穿透射线穿透 人体皮肤情况人体皮肤情况 核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应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

18、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、中子与物质的作用五、中子与物质的作用nHnnp电离电离核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应 2 2 2 2）中子核反应中子核反应中子核

19、反应中子核反应 例如例如例如例如(n,p)(n,p)(n,p)(n,p)反应反应反应反应 n +n +n +n +14141414N N N N 14141414C +p C +p C +p C +p 第一步第一步第一步第一步 核反应产生质子核反应产生质子核反应产生质子核反应产生质子 第二步第二步第二步第二步 质子对物质产生质子对物质产生质子对物质产生质子对物质产生 电离作用电离作用电离作用电离作用 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核辐射通过物质时的作用和效应

20、核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应电离辐射电离辐射电离辐射电离辐射 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或粒子或粒子 (能量能量能量能量 keVkeVkeVkeV)、x x x x、n n n n、p p p p、裂变碎片裂变碎片裂变碎片裂变碎片 介子等介子等介子等介子等 来来来来 源源源源 1)1)1)1)放射性物质放射性物质放射性物质放射性物质 (人造人造人造人造 天然）天然

21、）天然）天然）2)2)2)2)加速器加速器加速器加速器3)3)3)3)反应堆反应堆反应堆反应堆 4)4)4)4)宇宙射线宇宙射线宇宙射线宇宙射线 5)5)5)5)地球环境地球环境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 eVeV 量级量级移动电话移动电话 800-1800 800-1800 MHzMHz 0.01 0.01 eVeV (没有电离作用）没有电离作用）核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质

22、时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射通过物质时的作用和效应核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位1 1 放射性活度（放射性活度（A A）定义：样品中放射性原子核在单位时内发生衰变的原子核定义：样品中放射性原子核在单位时内发生衰变的原子核数目。数目。单位：单位：1 1贝可贝可 =1=1 次核衰变次核衰变/秒秒 1 1 BqBq =1 =1 次核衰变次核衰变/秒秒暂时与暂时与SI并用的专用单位名称是居里，符号为并用的专用单位名称是居里，符号为Ci。1Ci3.71010Bq。(mCi,CiCi)可用克镭当量来表示可用克镭当量来表示放射源的相对放射性活度。放射源的相对放射性活度。1克镭克镭当

23、量表示一个当量表示一个放射源的放射源的射线对空气的电离作用和射线对空气的电离作用和1克的标克的标准镭源（放在壁厚为准镭源（放在壁厚为0.5毫米的铂铱合金管内，且与其子体毫米的铂铱合金管内，且与其子体达到平衡的达到平衡的1克镭）相当。克镭）相当。单位质量或单位体积的放射性物质的放射性活度称为放单位质量或单位体积的放射性物质的放射性活度称为放射性比度，或比放射性（射性比度，或比放射性（specific radioactivity）。）。核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位2 2 吸收剂量吸收剂量(D)(D)吸收剂量（吸收剂量（

24、absorbed dose）定义为）定义为d除以除以dm所得的商，其中所得的商，其中d是致电是致电离辐射给予质量为离辐射给予质量为dm的受照物质的平均能量。即的受照物质的平均能量。即Dd/dm。吸收剂量的吸收剂量的SI单位是焦耳单位是焦耳千克千克-1（Jkg-1），），SI单位专名是戈单位专名是戈瑞瑞（gray），符号），符号Gy。暂时与暂时与SI并用的专用单位名称是拉德，符号为并用的专用单位名称是拉德，符号为rad。1Gy1Jkg-1100rad，或，或1rad10-2Jkg-110-2Gy。照射量照射量X与吸收剂量与吸收剂量D是两个意义完全不同的辐射量。照射量只能作为是两个意义完全不同的辐

25、射量。照射量只能作为X或或射线辐射场的量度，描述电离辐射在空气中的电离本领；而吸收剂量则可射线辐射场的量度，描述电离辐射在空气中的电离本领；而吸收剂量则可以用于任何类型的电离辐射，反映被照介质吸收辐射能量的程度以用于任何类型的电离辐射，反映被照介质吸收辐射能量的程度,必须注意的必须注意的是，在应用此量度时，要指明具体涉及的受照物质，诸如空气、肌肉或者其是，在应用此量度时，要指明具体涉及的受照物质，诸如空气、肌肉或者其他特定材料。但是，在两个不同量之间，在一定条件下相互可以换算。对于他特定材料。但是，在两个不同量之间，在一定条件下相互可以换算。对于同种类、同能量的射线和同一种被照物质来说，吸收剂

26、量是与照射量成正比同种类、同能量的射线和同一种被照物质来说，吸收剂量是与照射量成正比的。由于的。由于X或或射线在空气中产生一对离子的平均能量约为射线在空气中产生一对离子的平均能量约为32.5eV，所以，所以1R的的X或或射线在空气中的吸收剂量约为射线在空气中的吸收剂量约为0.838rad；而在软组织中的吸收剂量；而在软组织中的吸收剂量约为约为0.931rad。核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位吸收剂量吸收剂量1 1 戈瑞（戈瑞（1 1焦耳焦耳/千克）时的能量效应千克）时的能量效应 1 1）水温升高）水温升高 （比热比热 4.2104.2103 3J/J/千

27、克度）千克度）1 kg1 kg水物质吸收剂量水物质吸收剂量 1 1 GyGy 水温度上升水温度上升 1/1/（4.2104.2103 3）=2.410=2.410-4-4 CC2 2）转化为物体的动能转化为物体的动能 m D=(1/2)m vm D=(1/2)m v2 2 运动速度运动速度 v=1.4 m/sv=1.4 m/s3)3)转化为物体的势能转化为物体的势能 m D=m g h m D=m g h 上升高度上升高度 h=0.1 mh=0.1 m剂量剂量实际上是单位物质吸收电离辐射能实际上是单位物质吸收电离辐射能 大小的一种量度大小的一种量度核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度

28、及其单位核辐射量度及其单位3 3 3 3 剂量当量（剂量当量（剂量当量（剂量当量（H H H H）相同的吸收剂量未必产生同样程度的生物效应，因为生物效相同的吸收剂量未必产生同样程度的生物效应，因为生物效相同的吸收剂量未必产生同样程度的生物效应，因为生物效相同的吸收剂量未必产生同样程度的生物效应，因为生物效应受到辐射类型、剂量与剂量率大小、照射条件、生物种应受到辐射类型、剂量与剂量率大小、照射条件、生物种应受到辐射类型、剂量与剂量率大小、照射条件、生物种应受到辐射类型、剂量与剂量率大小、照射条件、生物种类和个体生理差异等因素的影响。为了比较不同类型辐射类和个体生理差异等因素的影响。为了比较不同类

29、型辐射类和个体生理差异等因素的影响。为了比较不同类型辐射类和个体生理差异等因素的影响。为了比较不同类型辐射引起的有害效应，在辐射防护中引进了一些系数，当吸收引起的有害效应，在辐射防护中引进了一些系数，当吸收引起的有害效应，在辐射防护中引进了一些系数，当吸收引起的有害效应，在辐射防护中引进了一些系数，当吸收剂量乘上这些修正系数后，就可以用同一尺度来比较不同剂量乘上这些修正系数后，就可以用同一尺度来比较不同剂量乘上这些修正系数后，就可以用同一尺度来比较不同剂量乘上这些修正系数后，就可以用同一尺度来比较不同类型辐射照射所造成的生物效应的严重程度或产生机率。类型辐射照射所造成的生物效应的严重程度或产生

30、机率。类型辐射照射所造成的生物效应的严重程度或产生机率。类型辐射照射所造成的生物效应的严重程度或产生机率。核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位3 3 3 3 剂量当量（剂量当量（剂量当量（剂量当量（H H H H）意义：表示电离辐射意义：表示电离辐射意义：表示电离辐射意义：表示电离辐射 引起生物效应引起生物效应引起生物效应引起生物效应 的大小的大小的大小的大小 H=Q DH=Q DH=Q DH=Q DQ Q Q Q 电离辐射的品质因数电离辐射的品质因数电离辐射的品质因数电离辐射的品质因数 生物放大效应生物放大效应生物放大效应生物放大效应D D D D 吸收剂

31、量（戈瑞）吸收剂量（戈瑞）吸收剂量（戈瑞）吸收剂量（戈瑞）量度单位：量度单位：量度单位：量度单位：1 1 1 1希沃特希沃特希沃特希沃特 =1=1=1=1焦耳焦耳焦耳焦耳/千克千克千克千克 1 1 1 1 SvSvSvSv =1 J/kg =1 J/kg =1 J/kg =1 J/kg严重严重2525射线射线严重严重2525质子质子 离子离子有有2 2氚的氚的 射线射线严重严重2525中子中子1 1 e e（30keV)30keV)1 1X X (30keV)(30keV)放大效应放大效应Q Q 因子因子电离辐射类型电离辐射类型电离辐射的品质因数电离辐射的品质因数 Q Q 数值数值 核辐射量度

32、及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位放射性活度放射性活度(A)(A)吸收剂量吸收剂量(D)(D)剂量当量剂量当量(H)(H)吸收剂量吸收剂量(D)(D)1 1戈瑞戈瑞 =1=1焦耳焦耳/千克千克1 1 GyGy =1 J/kg =1 J/kg放射源放射源 活度活度(A)(A)1 1贝克贝克=1=1次核衰变次核衰变/秒秒 剂量当量剂量当量(H)(H)H=Q DH=Q D 1 1希沃特希沃特 =1=1 焦耳焦耳/千克千克三三者者意意义义和和区区别别任何物质任何物质有机体有机体核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量

33、度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位辐射量单位对照表辐射量单位对照表辐射量单位对照表辐射量单位对照表辐辐 射射 量量SI单位单位SI单位专名单位专名专用单位专用单位照射量照射量库伦库伦千克千克-1（Ckg-1)未定未定伦琴（伦琴（R）1伦伦2.5810-4库伦库伦千克千克-1（1R2.5810-4Ckg-1）吸收剂量吸收剂量焦耳焦耳千克千克-1（Jkg-1）戈瑞（戈瑞（Gy）1戈瑞戈瑞1焦耳焦耳千克千克-1100拉德（拉德（1Gy1Jkg-1102rad）拉德（拉德（rad）1拉德拉德10-2焦耳焦耳千克千克-1100尔格尔格克克-1（1rad10-2Jkg-1102ergg-1）当

34、量剂量当量剂量焦耳焦耳千克千克-1（Jkg-1）希沃特（希沃特（Sv）1希沃特希沃特1焦耳焦耳千克千克-1100雷姆（雷姆（1Sv1Jkg-1102rem）雷姆（雷姆（rem）1雷姆雷姆10-2焦耳焦耳千克千克-1（1rem10-2Jkg-1）放射性活度放射性活度秒秒-1（s-1）贝可勒尔（贝可勒尔（Bq）1贝可勒尔贝可勒尔1秒秒-1（1Bq1s-1）居里（居里（Ci）1居里居里3.71010秒秒-1（1Ci3.71010s-1）1 1 核辐射同物质作用，仅当把能量和动量传递给核辐射同物质作用，仅当把能量和动量传递给 物质才发生；没有能量和动量传递就没有作用。物质才发生；没有能量和动量传递就没

35、有作用。2 2 通常遇到的核辐射主要是对物质的电离作用，会通常遇到的核辐射主要是对物质的电离作用，会 对物体产生一系列的影响，人体也不例外。对物体产生一系列的影响，人体也不例外。3 3 剂量是指辐射与物质作用后，释放或吸收能量剂量是指辐射与物质作用后，释放或吸收能量 的量度。的量度。4 4 不同种类的核辐射给出相同的能量时，可能会对不同种类的核辐射给出相同的能量时，可能会对 物体造成不同的辐射损伤。物体造成不同的辐射损伤。小小 结结核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位核辐射量度及其单位1.1.加速器加速器 人工产生高能量人工产生高能量 带电粒子束的机带电粒子束的机 器器2.2

36、.反应堆：反应堆：可控裂变反应炉可控裂变反应炉 （第第 2 2 章章 ）4.4.辐射探测器辐射探测器（荧光屏（荧光屏+眼睛）眼睛）感知放射性存在感知放射性存在 传感放射性信号传感放射性信号5.5.电子学和计算机电子学和计算机 放大放大 变换变换 传输传输 控制控制 记录记录 分析核过程信息分析核过程信息 核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备3.3.放射源放射源6.其他其他核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备 加速器在核科学中的地位加速器在核科学中的地位（1 1）加速器是核科学最重要的工具之一，）加速器是核科学最重要的工具之

37、一，19321932年前人年前人 们只是用天然的们只是用天然的 粒子进行核反应，例如卢瑟福粒子进行核反应，例如卢瑟福 19191919年发现第一个核反应。现在利用天然年发现第一个核反应。现在利用天然 粒子粒子 进行核反应早已成为历史。进行核反应早已成为历史。（2 2）现在加速器不仅可以提供更高能量的粒子，而且）现在加速器不仅可以提供更高能量的粒子，而且 周期表中从周期表中从 H-U H-U 绝大多数元素粒子都可加速绝大多数元素粒子都可加速;1980 1980年代后年代后 加速放射性粒子，加速放射性粒子，6 6He He 1717N N 等等（3 3）对探索原子核起了关键作用，可以说，没有加速）

38、对探索原子核起了关键作用，可以说，没有加速 器不可能有今天的核物理，不可能有今天的核科学器不可能有今天的核物理，不可能有今天的核科学,不可能有核技术的广泛应用。不可能有核技术的广泛应用。（10000 10000 台加速器，台加速器，100 100 基础物理研究，其余应用）基础物理研究，其余应用）核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备入射粒子与靶物质作用后入射粒子与靶物质作用后产生的粒子或射线产生的粒子或射线探测和分析这些出射粒子探测和分析这些出射粒子可获得核过程信息。可获得核过程信息。1 离子源离子源2 加速加速 聚焦聚焦3 偏转偏转4

39、 靶物质靶物质加速器加速器人工方法产人工方法产生高能量带生高能量带电粒子束的电粒子束的机器机器加速器基本结构和工作原理加速器基本结构和工作原理 基本要求和功能基本要求和功能1 1 提高带电粒子的能量提高带电粒子的能量2 2 增加带电粒子束的强度增加带电粒子束的强度 3 3 使粒子束同靶物质作用使粒子束同靶物质作用4 4 带电粒子在真空管道中行进带电粒子在真空管道中行进产产物物核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备两种类型加速器两种类型加速器直线型直线型圆环型圆环型核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核

40、科学中的基本仪器和设备高压直线加速器高压直线加速器离子源离子源电电 场场靶物质靶物质抽真空抽真空探测器探测器做实验做实验能量能量 E=q VE=q V+世界上第一台高压倍压世界上第一台高压倍压加速器加速器 1932年年核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备静电加速器静电加速器球形球形电极电极 能能 量量 E=q V+E0直流电源直流电源靶物质靶物质离子源离子源出射出射粒子粒子 北大北大4.5 MV4.5 MV 单级静电加速器单级静电加速器 V核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备

41、北大北大4.5 MV 4.5 MV 单级静电加速器单级静电加速器 核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备郑州大学郑州大学4 MV 4 MV 静电加速器静电加速器 核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备串列静电加速器串列静电加速器+V+V -q-q1 1 加速负离子加速负离子 +q2 加速正离子加速正离子 出射粒子能量出射粒子能量 E=V qi+E0 若若q1=1 e,e,q2=n e =n e 则则 E=V(n+1)e+E=V(n+1)e+E0例如：例如：V=1.5 MV,n=2

42、,V=1.5 MV,n=2,E0=28 keV 则则 E=(2+1)x 1.5+0.28=3.28 E=(2+1)x 1.5+0.28=3.28 MeVMeV -q1 负离子负离子 开关开关磁铁磁铁靶室靶室偏转偏转磁铁磁铁负离子源负离子源E0高电位高电位E E1 1=q=q1 1 V E E1 1=q2 V 低低低低核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备北大北大21.7 MV 21.7 MV 串列静电加速器串列静电加速器 北大北大26 M V26 M V串列静电加速器串列静电加速器 核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学

43、中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备为什麽需要对撞？为什麽需要对撞？EF （E入射入射）1/2 EF =2 E入射入射 固定靶固定靶 对撞束对撞束有效能量有效能量(E EF F):):假若入射粒子能量假若入射粒子能量 E E入射入射 增大增大100 100 倍倍 固定靶固定靶 10 10 倍（消耗于靶粒子反冲）倍（消耗于靶粒子反冲）对撞束对撞束 200 200 倍倍 ！对撞可以更对撞可以更多地提高粒多地提高粒子有效能量子有效能量E入射入射E入射入射E入射入射核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备E=M C2更高能量的粒子用于探索粒

44、子内部和产生新粒子更高能量的粒子用于探索粒子内部和产生新粒子 质量和能量是等价的，粒子载有的能量质量和能量是等价的，粒子载有的能量可以转化成质量，产生许多粒子。可以转化成质量，产生许多粒子。高能电子高能电子 e+e-+-（20.51 MeV)（2105 MeV）核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备北京北京e+e-e+e-对撞机对撞机 2 2 GeVGeV+2 +2 GeVGeV核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备 世界上最大的对撞机（世界上最大的对撞机（世界上最大的对撞机（世

45、界上最大的对撞机（LHC LHC LHC LHC 大强子对撞机大强子对撞机大强子对撞机大强子对撞机)LHC:LHC:周长周长 27 km,27 km,地下地下 100 m 100 m 深隧道深隧道投资：投资：30-35 30-35 亿亿 U U参加人数参加人数 10000 时间时间 1995-（2005）2007 12年年核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备 质子质子-质子对撞质子对撞核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备放射性测量放射性测量 放大与放大与变换变换记录与记录与存

46、储存储放射性放射性是人眼睛看不见、身体也感觉不到的，但是人眼睛看不见、身体也感觉不到的，但用仪器用仪器可以直接测量可以直接测量 。测量系统基本组成如下：测量系统基本组成如下：射线同物质作用使原子电离，产生正离子和负电子。在电场作用下，射线同物质作用使原子电离，产生正离子和负电子。在电场作用下，电子和正离子分别向正极和负极方向运动，引起电流，产生信号。电子和正离子分别向正极和负极方向运动，引起电流，产生信号。l 辐射探测器：把电离产生的信息转化成可观测的、可输出辐射探测器：把电离产生的信息转化成可观测的、可输出 的信号：的信号：电、光、热、径迹电、光、热、径迹 等。等。探测器探测器-+放放射射源

47、源核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备放射源的生产和制造放射源的生产和制造例如例如:放射源放射源1）60Co T 1/2=5.27年年2）137Cs T 1/2=30.17年年核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备阳极阳极 +阴极阴极 -射线探测器射线探测器 :G-M G-M 计数管计数管核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备 闪烁探测器闪烁探测器核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备放射性测量仪器放射性测量仪器核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备核科学中的基本仪器和设备下一节：下一节：高能正电子成像高能正电子成像