核輻射測(cè)量方法ppt課件

1、核輻射 (nuclear radiation ) 核的變換 nuclide transformation 來源 粒子加速器 particle acceleration 宇宙射線 cosmic ray from outer space 產(chǎn)活力理角度n 地地-空界面上伽瑪射線的來源空界面上伽瑪射線的來源n 從空間分布角度從空間分布角度人工放射性人工放射性 7.2%大氣核實(shí)驗(yàn)大氣核實(shí)驗(yàn)核工業(yè)與核技術(shù)運(yùn)用核工業(yè)與核技術(shù)運(yùn)用核醫(yī)學(xué)診斷核醫(yī)學(xué)診斷陸地放射性陸地放射性 80.0%鈾系列核素鈾系列核素釷系列核素釷系列核素鉀鉀-40其它核素其它核素宇宙射線宇宙射線 12.8%電離成份電離成份 10.5%中子中子

2、 2.3%一些核輻射的特征一些核輻射的特征: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 ra

3、yneutrinovFission fragment 20952 核輻射的分類 快電子 帶點(diǎn)粒子輻射 重電子粒子 ray 電磁輻射 x ray 非帶電輻射 中子1 快電子源快電子源 fast electron source 1.1 衰變衰變 beta decay 反響式反響式 initial final antineutrinos nuclide nuclide反沖核反沖核recoil nuclide ) : E幾乎為幾乎為0 小于電離閾能小于電離閾能中微子：中微子： 與與粒子分配衰變能粒子分配衰變能Q值。值。粒子的能量是延續(xù)的粒子的能量是延續(xù)的缺陷：不是單能電子源缺陷：不是單能電子源mono

4、energetic electrons) YXAZAZ+11.2 內(nèi)轉(zhuǎn)換電子內(nèi)轉(zhuǎn)換電子 internal conversion 過程：過程： 衰變衰變 母核母核 能量是單能的能量是單能的母核：處于激發(fā)態(tài)母核：處于激發(fā)態(tài)發(fā)射光子內(nèi)轉(zhuǎn)換1.3 俄歇電子 Auger electron 特征x射線原子殼層中的電子空位 俄歇電子特點(diǎn)：能量較小入射粒子入射粒子光電子光電子特征特征X射線射線俄歇電子俄歇電子1.4 電子加速器 Accelerator 燈絲加熱是豐富的電子源 電子從外表逸出時(shí)，起能量小于1ev 電壓差 電子獲得的能量 1 V 1eV 1000V 10keV 2000V 20keV 大型電子加速

5、器能加速到幾 MeV 2 重帶電粒子源重帶電粒子源 2.1 衰變衰變 Alpha decay 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1能量單一能量單一 5.358Mev 2封裝薄封裝薄 0.09% 金屬箔金屬箔 0.143 5.456Mev 28% 0.043 5.49Mev 72% HeYXAZAZ4242+Pu23894U234922.2 自發(fā)裂變自發(fā)裂變 spontaneous fission 原那么上一切重核都能夠自發(fā)地裂變成兩個(gè)輕核碎原那么上一切重核都能夠自發(fā)地裂變成兩個(gè)輕核碎片。片。 超鈾元素自發(fā)裂變幾率高超鈾元素自發(fā)裂變幾率高 動(dòng)量守恒原理動(dòng)量守恒原理 兩個(gè)碎片相向發(fā)射兩個(gè)碎片相向發(fā)射 能量由兩碎片帶走能

6、量由兩碎片帶走 伴隨產(chǎn)生中子伴隨產(chǎn)生中子 、 射線射線 電磁輻射源電磁輻射源 3.1 伴隨伴隨衰變的衰變的輻射輻射 x rays following beta decay 射線的產(chǎn)生：射線的產(chǎn)生： 受激態(tài)原子核向較低能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生受激態(tài)原子核向較低能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生 22Na 1 發(fā)生發(fā)生的時(shí)間的時(shí)間 ns級(jí)以下級(jí)以下 EC10% 2單能單能 + 90% 3衰變的衰變的半衰期較長(zhǎng)半衰期較長(zhǎng) 1.274 excided nuclide state 4 核的核的退激退激 1 transformation ground state 3.2 湮沒輻射湮沒輻射 Annihilation radiation

7、與與-衰變相伴隨衰變相伴隨 正電子失去動(dòng)能之后與負(fù)電子相結(jié)合產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的正電子失去動(dòng)能之后與負(fù)電子相結(jié)合產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的0.511MeV的光子。的光子。 湮沒輻射的時(shí)間極短。湮沒輻射的時(shí)間極短。 0.511MeV的光子與原的光子與原輻射在探測(cè)器中相疊加構(gòu)成能量較輻射在探測(cè)器中相疊加構(gòu)成能量較大的光電源。大的光電源。 普通普通+源的封裝資料都能阻止正電子。源的封裝資料都能阻止正電子。 3.3 伴隨核反響產(chǎn)生的伴隨核反響產(chǎn)生的射線射線 follow nuclear reaction 例如：例如： Er =4.44Mev 時(shí)間長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng) 21011s 單能單能 nCBeHe101269442+

8、MevnOCHem13. 61016813642+3.4 軔致輻射軔致輻射 1 產(chǎn)生：高速電子受核庫侖場(chǎng)阻止而改動(dòng)方向產(chǎn)生產(chǎn)生：高速電子受核庫侖場(chǎng)阻止而改動(dòng)方向產(chǎn)生 2 延續(xù)譜延續(xù)譜 continue spectrum 從從 0E max 最大電子能量最大電子能量 3.5 特征特征x 射線射線 產(chǎn)生：產(chǎn)生： 原子殼層電子躍遷原子殼層電子躍遷- 原子退激原子退激 時(shí)間時(shí)間ns級(jí)級(jí) Auger electron 競(jìng)爭(zhēng)過程競(jìng)爭(zhēng)過程 熒光產(chǎn)額熒光產(chǎn)額 fluorescent field 光子能量光子能量 產(chǎn)生方式：產(chǎn)生方式： a) exciting by Radioactive decay 電子俘獲電

9、子俘獲 electron capture 內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換 internal conversation b) 外部輻射激發(fā)外部輻射激發(fā) excited by external radiation c) 同步輻射同步輻射 synchrotron radiation 放射性的歷史放射性的歷史放射性放射性(radioactivity)這一名詞初次初次被利用這一名詞初次初次被利用是是Marie Curie。在。在1898,她首先用來描畫能她首先用來描畫能發(fā)出電離輻射發(fā)出電離輻射(ionizing radiation)的物質(zhì)的的物質(zhì)的外部特征外部特征,進(jìn)一步證明了電離輻射與電磁輻射進(jìn)一步證明了電離輻射與電磁

10、輻射的差別。的差別。 放射性的最早研討者：倫琴放射性的最早研討者：倫琴Roentgen); 1895年，倫琴用陰極射線電子束在放電管壁年，倫琴用陰極射線電子束在放電管壁上的作用產(chǎn)生上的作用產(chǎn)生x射線射線x ray)。首先發(fā)現(xiàn)放射性：首先發(fā)現(xiàn)放射性：1896年，貝可勒爾年，貝可勒爾(Becquerel)發(fā)現(xiàn)鈾礦石使膠卷暴光，稱之發(fā)現(xiàn)鈾礦石使膠卷暴光，稱之為為radiation actives。u 1898年，施密特發(fā)現(xiàn)釷Th具有與鈾礦石一樣的特征。 u 1899年，盧瑟福Rutherford和歐文斯Owens發(fā)現(xiàn)u 射氣emanation)景象。 u 1901年，Pierre 和Marie Cu

11、rie發(fā)現(xiàn)鐳Ra之后又發(fā)現(xiàn)了u 釙Po。經(jīng)過研討鈾釷礦石的放射性，發(fā)現(xiàn) Ra比鈾釷具 u 有更強(qiáng)的放射性，于是從瀝青中提煉出鐳u 1903年， Becquerel 和Marie Curie夫婦分別獲得物理諾貝 u 爾獎(jiǎng)。u 1911年， Marie Curie 獲得化學(xué) 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.u 19

12、11年，盧瑟福Rutherford用射線轟擊各種原子，u 觀測(cè)到射線發(fā)生偏折，從而確定了核構(gòu)造，并提出了原u 子構(gòu)造的行星模型，從而奠定了原子構(gòu)造和原子核構(gòu)造的 u 研討根底。u 以后不久，玻爾提出了原子的殼構(gòu)造和電子在原子中的運(yùn)u 動(dòng)規(guī)律，同時(shí)建立了描畫微觀世界的量子力學(xué)。u 1919年，在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)了人工核蛻變核反響，u 它是用粒子轟擊氦核能放出質(zhì)子，反響式如下：u u 1932年，發(fā)現(xiàn)中子neutron)。u 1934年，人工放射性核素合成勝利。HOHeN1118842147+ 單位和定義 (unit and definition ) 1. 放射性活度 放射性核素的衰變率 單位

13、: /s Becquerel(國際單位) Curie (Ci): 1g 純Ra的活度 1Bq=3.71010 Ci 放射性比活度 specific activity 描畫單位質(zhì)量的放射性同位素樣品的放射性活度 specific activity= NdtdNNdtdN=MLLMMA=能量 energy 傳統(tǒng): 電子伏(eV ) KeV MeV 一個(gè)電子經(jīng)過1伏電壓差加速所到達(dá)的動(dòng)能 國際單位SI: 焦耳 J joule 1 eV =1.60210-19 J 光子能量與輻射頻率的關(guān)系: E=輻射照射量 在輻射防護(hù)中的物理量射線照射量 def: 射線在質(zhì)量為dm的空氣體積元內(nèi)構(gòu)成的次級(jí)電子 (負(fù),

14、正電子)完全被阻止在空氣中時(shí)所產(chǎn)生的電離電荷dQ X=dQ/dm SI 單位 庫侖/kg C/kg 歷史單位 倫琴 R 1R=2.5810-4 C/Kg 輻射量描畫的是空間某一點(diǎn)(無源) 射線強(qiáng)度,是經(jīng)過一定通 量的射線對(duì)空氣體積元的作用來定義的. 根本問題 按x的定義,累計(jì)次級(jí)電子的電離電荷量不斷到次級(jí)電子途徑終止. 距單位放射活度的源在知點(diǎn)的照射量(點(diǎn)源). a) 源足夠小,能堅(jiān)持球形條件,光子通量不隨1/d2而減小. b) x , 射線在源和丈量點(diǎn)之間的空氣或其他物質(zhì)沒有 吸收 c) 只需從源到丈量點(diǎn)的光子才有奉獻(xiàn),忽略周圍介質(zhì)物 質(zhì)中的散射光子 表示一切從輻射源發(fā)出的能量大于 的光子都

15、對(duì)劑量有奉獻(xiàn).而能量小于 的光子由于吸收等而無實(shí)踐意義。 2dAX =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 吸收劑量 Absorbed Dose def: D= dE/dm SI單位： J/Kg Gray (G y)=1 J/Kg 廢除單位： Rad(拉德)=100爾格/克 1 Gy= 100 Rad 討論問題討論問題兩種不同的物質(zhì)遭到一樣的兩種不同的物質(zhì)遭到一樣的射線照射量，那射線照射量，那么吸收劑量不一定一樣。么吸收劑量不一定一樣。 緣由：物理性質(zhì)的變化誘發(fā)化學(xué)反響緣由：物理性質(zhì)的變化誘發(fā)化學(xué)反響D是一定的輻射照射量在吸收物質(zhì)中產(chǎn)生的是一定的輻射照射量在吸收物質(zhì)中產(chǎn)生的化學(xué)和物理效應(yīng)的適當(dāng)量度。化學(xué)和物