電離輻射基礎(chǔ)知識

1、電離輻射基礎(chǔ)知識 江蘇省輻射環(huán)境監(jiān)測管理站 原子結(jié)構(gòu)模型原子結(jié)構(gòu)模型 原子核由原子核由中子中子和和質(zhì)子質(zhì)子組成，中子不帶組成，中子不帶電，質(zhì)子帶單位正電荷。中子和質(zhì)子質(zhì)量相當，電，質(zhì)子帶單位正電荷。中子和質(zhì)子質(zhì)量相當，分別約等于一個分別約等于一個原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位。核中中子和質(zhì)。核中中子和質(zhì)子統(tǒng)稱為核子，數(shù)目以子統(tǒng)稱為核子，數(shù)目以A表示，表示，A稱為核子數(shù)稱為核子數(shù)或質(zhì)量數(shù)，核中質(zhì)子數(shù)記為或質(zhì)量數(shù)，核中質(zhì)子數(shù)記為Z，中子數(shù)記為中子數(shù)記為N。常用如下形式表示一個原子核：常用如下形式表示一個原子核：ZANX 原子核的表示原子核的表示ZANX核子數(shù)核子數(shù)質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)中子數(shù)元素符號元素符號

2、 原子核由原子核由中子中子和和質(zhì)子質(zhì)子組成，中子不帶組成，中子不帶電，質(zhì)子帶單位正電荷。中子和質(zhì)子質(zhì)量相當，電，質(zhì)子帶單位正電荷。中子和質(zhì)子質(zhì)量相當，分別約等于一個分別約等于一個原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位。核中中子和質(zhì)。核中中子和質(zhì)子統(tǒng)稱為核子，數(shù)目以子統(tǒng)稱為核子，數(shù)目以A表示，表示，A稱為核子數(shù)稱為核子數(shù)或質(zhì)量數(shù)，核中質(zhì)子數(shù)記為或質(zhì)量數(shù)，核中質(zhì)子數(shù)記為Z，中子數(shù)記為中子數(shù)記為N。常用如下形式表示一個原子核：常用如下形式表示一個原子核：ZANX原子的表示原子的表示XZ原子序數(shù)化學符號umn00866492. 1 ump00727646. 1 gu241066053873. 11 中子、質(zhì)子和電子

3、的質(zhì)量與電荷質(zhì)量質(zhì)量(u)電荷電荷(e)中子中子0質(zhì)子質(zhì)子1電子電子1ume)1836/1( Ce1910602176462. 11 具有具有相同原子序數(shù)相同原子序數(shù)但但質(zhì)量數(shù)不同質(zhì)量數(shù)不同的核素的核素稱為某元素的稱為某元素的同位素同位素。( (即即Z相同，相同，N不同，不同，在元素周期表中處于同一個位置，具有基在元素周期表中處于同一個位置，具有基本相同化學性質(zhì)。本相同化學性質(zhì)。) )表示方法表示方法: :238238U U、U-238U-238、鈾鈾-238-2382).2).同位素（isotope）和同位素豐度23592U23892U鈾的二種同位素。鈾的二種同位素。11H21H31H氫的三

4、種同位素；氫的三種同位素； 某元素中某元素中各同位素各同位素天然含量天然含量的的原原子數(shù)百分比子數(shù)百分比稱為稱為同位素豐度同位素豐度。11H21H99.985%、0.015%16O17O18O99.756%、0.039%、0.205%原子核的結(jié)合能 質(zhì)量和能量都是物質(zhì)同時具有的兩個屬性，任何具有一定質(zhì)量的物體必須與一定的能量相聯(lián)系 E=mc2 一個原子質(zhì)量單位相聯(lián)系的靜止質(zhì)量相應(yīng)的能量為 931.494013MeV 獲得能量： 一是重核裂變，即一個重核分裂成兩個中等質(zhì)量的核，人們依靠重核裂變的原理制造出原子反應(yīng)堆與原子彈 一是輕核聚變。依靠輕核聚變的原理制造出氫彈和人們正在探索的可控聚變反應(yīng)。

5、 核衰變 1896年貝可勒爾(A.H.Becquerel)發(fā)現(xiàn)了鈾的放射現(xiàn)象，這是人類第一次在實驗室里觀察到原子核現(xiàn)象。 核衰變主要的類型核衰變主要的類型: a a, b b, g g衰變衰變 輻射類型輻射類型 電荷數(shù)電荷數(shù)/質(zhì)量質(zhì)量 穿透本領(lǐng)穿透本領(lǐng) a a = 氦核氦核 +2q/4mp 紙片紙片 b b electron or positron q/me 或或 +q/me 幾毫米金屬幾毫米金屬 g g = 高能光子高能光子 無無 幾厘米鉛幾厘米鉛 此外，還有中子發(fā)射、質(zhì)子發(fā)射、裂變等原子核的衰變規(guī)律原子核的衰變規(guī)律 在無外界影響下，原子核自發(fā)地發(fā)生轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象稱為原子核的衰變，又叫放射性衰變

6、。 核衰變有多種形式，如衰變， 衰變，衰變，還有自發(fā)裂變及發(fā)射中子、質(zhì)子的蛻變過程。137Cs7/2+93.5%6.5%11/2-3/2+m0.6620137Ba銫-137衰變綱圖-2.552分131I131Xe-0.7230.6370.36401.6%6.9%90.4%0.6%碘 -131衰 變 綱 圖3/2+11/2+5/2+1/2+實驗發(fā)現(xiàn): 加壓、加熱、加電磁場、機械運動等物理或化學手段不能改變指數(shù)衰減規(guī)律，也不能改變其衰變常數(shù) 。放射性衰變是由原子核內(nèi)部運動規(guī)律所決定的。 (2) (2)、半衰期、半衰期 半衰期：放射性核數(shù)衰變一半所需的時間，記為 。即：即： )0(2102121Ne

7、NTNT 2121 Te 693. 02ln21 T量綱為：t,如s，h，d，a21T21T放射性的活度和單位 一個放射源的強弱不僅取決于放射性原子核的數(shù)量的多少，還與這種核素的衰變常數(shù)有關(guān) 一個放射源在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)稱為它的放射性活度，通常用符號A表示 放射性活度的單位 由于歷史的原因，曾采用居里（Ci）為單位。每秒鐘有3.71010次核衰變定義為一個居里，即1Ci=3.71010/s有毫居里 (1mCi=10-3Ci) 微居里（1Ci=10-6Ci） SI單位是秒的倒數(shù)（s-1），叫貝可勒爾，簡稱貝可，符號Bq。1Bq等于放射性物質(zhì)在1秒鐘內(nèi)有1個原子核發(fā)生衰變。其表達式如下

8、： lBq=1次衰變秒 1Bq=1/s 顯見， 1Ci=3.71010Bq 放射性活度僅僅是指單位時間內(nèi)原子核衰變的數(shù)目，而不是指在衰變過程中放射出的粒子數(shù)目。 例如Cs-137有100個原子核發(fā)生衰變，放出 1.17MeV的電子有6個； 0.512MeV的電子有94個； 并伴隨0.662MeV光子94個 共放出194個粒子，但活度是100貝可。(4)、比活度、比活度 (Specific Activity)定義為：定義為：單位質(zhì)量單位質(zhì)量放射源的放射性放射源的放射性活度活度。 比活度比活度反映了放射源中反映了放射源中放射性物質(zhì)放射性物質(zhì)的的即：即：mAa/ 單位為：單位為：Bq/g ，或或 B

9、q/kg電離輻射電離輻射源源 輻射主要包括輻射主要包括: : 1. 1. 電離輻射電離輻射（通常稱（通常稱放射性放射性） 2. 2. 電磁輻射（非電離輻射）電磁輻射（非電離輻射）人體受到照射的輻射來源及其水平人體受到照射的輻射來源及其水平天然輻射是人類的主要輻射來源天然輻射宇宙射線宇宙射線宇生放射性核素宇生放射性核素原生放射性核素原生放射性核素 一般場所：一般場所： 天然本底為 2.3mSv/a, 多為內(nèi)照射 (222Rn, 60%)一、天然本底照射一、天然本底照射正常本底地區(qū)天然輻射源致人體的年有效劑量正常本底地區(qū)天然輻射源致人體的年有效劑量江蘇省天然輻射所致居民劑量江蘇省天然輻射所致居民劑

10、量 年有效劑量當量年有效劑量當量（mSv） 集體年有效劑量當量輻射類型 （104人Sv） 室 外 室 內(nèi) 合 計陸地輻射 0.09 0.39 0.48 3.0宇宙射線 0.07 0.16 0.23 1.5天然貫穿輻射 0.16 0.55 0.71 4.5注:室內(nèi)外居留因子取0.72/0.28，屏蔽因子取樓0.8/平0.9人工輻射源 人工輻射源是由于人工生產(chǎn)活動產(chǎn)生的輻射源。人工輻射源主要有核設(shè)施、核技術(shù)應(yīng)用的輻射源和核試驗落下灰等。電離輻射與物質(zhì)的相互作用 射線，指的是如X射線、g射線、a射線、b射線等，本質(zhì)都是輻射粒子。 射線與物質(zhì)相互作用是輻射探測的基礎(chǔ)，也是認識微觀世界的基本手段。 這里

11、討論的對象為電離輻射。輻射能量大于10eV，即可使探測介質(zhì)的原子發(fā)生電離的能量。 v 輻射: 帶電粒子輻射 非帶電粒子輻射 射線與物質(zhì)相互作用的分類射線與物質(zhì)相互作用的分類帶電粒子輻射帶電粒子輻射不帶電粒子輻射不帶電粒子輻射重帶電粒子重帶電粒子中子中子快電子快電子X射線和射線和 g g射線射線fTdp,a a e b b帶電粒子能量損失方式之一-電離損失 入射帶電粒子與靶原子的核外電子通過庫侖作用，使電子獲得能量而引起原子的電離或激發(fā)。 電離核外層電子克服束縛成為自由電子，原子成為正離子。激發(fā)使核外層電子由低能級躍遷到高能級而使原子處于激發(fā)狀態(tài)，退激發(fā)光。帶電粒子能量損失方式之二-輻射損失 入

12、射帶電粒子與原子核之間的庫侖力作用，使入射帶電粒子的速度和方向發(fā)生變化，伴隨著發(fā)射電磁輻射軔致輻射(Bremsstrahlung)。它是X射線的一種，具有連續(xù)的能量分布。射程 射程射程( (Range) )的定義帶電粒子的定義帶電粒子沿入射方向沿入射方向所行所行徑的徑的最大距離最大距離，稱為入射粒子，稱為入射粒子在該物質(zhì)中在該物質(zhì)中的的射程射程R。入射粒子在物質(zhì)中行徑的入射粒子在物質(zhì)中行徑的實際軌跡的長度實際軌跡的長度稱作稱作路程路程( (Path) )。 重帶電粒子重帶電粒子的的質(zhì)量大質(zhì)量大，與物質(zhì)原子相互作用時，與物質(zhì)原子相互作用時，其其運動方向幾乎不變運動方向幾乎不變。因此，。因此，重帶電粒子的射程與其重帶電粒子的射程與其路程相近路程相近。 射線與物質(zhì)相互作用特點： g光子是通過次級效應(yīng)與物質(zhì)的原子或原子核外電子作用 次級效應(yīng)主要的方式有三種，即光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)。 g g1.光電效應(yīng)2.康普頓效應(yīng) 2.3 2.3 電子對生成效應(yīng)：電子對生成效應(yīng)