放射性和輻射

1、關(guān)于放射性與輻射第一張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月19世紀(jì)末的三大發(fā)現(xiàn)：1.) 1895：倫琴（德） X射線 （ 1901 第一屆諾貝爾物理獎(jiǎng)）2. )1896：貝克勒爾（法） 鈾放射性 1898：瑪麗居里（法） 釙、鐳3. )1897：湯姆孫 從陰極射線管 電子 放射性衰變規(guī)律的研究（居里夫婦、盧瑟福） a, b, g 射線 氦，電子 光1 放射性第二張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月物質(zhì)的放射性 放射性：有許多核素都能自發(fā)地發(fā)射出各種射線的現(xiàn)象，或稱輻射。本質(zhì)：原子核的衰變過程結(jié)果：原子核放出射線，由一種元素轉(zhuǎn)變成另一種元素。母體：衰變前的放射性同位素；子體：衰變過程中

2、產(chǎn)生的新同位素，又稱放射成因同位素1. 放射性第三張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 放射性放射性原子核：能自發(fā)地放射出各種射線的核素稱為放射性核素。射線的種類：粒子輻射：射線，射線，宇宙射線、中子等的輻射電磁輻射：射線、X射線等的輻射發(fā)射正電子、質(zhì)子、中子、等其它粒子。大氣層中的宇宙射線成分主要是質(zhì)子、中子、介子、介子、電子等。第四張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 放射性射線的性質(zhì)： 鈾、鐳、釙等元素能放出一些射線，射線看不見，但能穿透光所不能穿透的物體（如黑紙）使照相底片感光。，三種射線在磁場中的分裂 第五張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月世界上第一張X光

3、照片1. 放射性第六張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 核衰變類型衰變衰變衰變第七張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月衰變（Alpha）: 射線:氦核 的粒子流，質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的四倍，帶兩個(gè)單位的正電荷衰變通式： AZX A-4Z-2Y+ +Q AZX 母核 A-4Z-2Y 子核 出射粒子 Q 能量例：22688Ra 22286Rn + 42He（） （鐳 氡）2. 核衰變類型第八張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月+從母核中射出的4He原子核 粒子得到大部分衰變能238U4He + 234Th放射性母核!衰變2. 核衰變類型第九張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年

4、6月衰變241Am 237Np2. 核衰變類型第十張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月- 衰變(Beta-negatron)射線:高速飛行的電子流，稱為 粒子衰變通式：nP+-+Q+-AZX AZ+1Y+-+Q+- - ：負(fù)電子 n：中子 P：質(zhì)子 - ：反中微子例：3215P3216S+ 2. 核衰變類型第十一張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月基本衰變衰變（動(dòng)畫）2. 核衰變類型第十二張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月衰變3H 3He2. 核衰變類型第十三張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月說明：-粒子實(shí)質(zhì)是電子，質(zhì)量為 0.000549u,帶一個(gè)負(fù)電荷。-粒子比

5、核的質(zhì)量小幾千倍幾十萬倍，因此，-粒子從原子核帶走的能量很少。-粒子的能譜是一個(gè)連續(xù)值，E-的值可以從0最大值。E0是-粒子的最大能量值，一般圖表上給E-即是E0.2. 核衰變類型第十四張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第十五張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月+衰變(Beta-pasitron) Pn+Q+V AZXAZ-1Y+Q+V +:正電子 ：中微子 2. 核衰變類型第十六張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月正衰變11C 11B2. 核衰變類型第十七張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月+發(fā)生原因母核中子或質(zhì)子過多質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子，并且?guī)ё咭粋€(gè)單位的正電荷中子轉(zhuǎn)變

6、成質(zhì)子，并且?guī)ё咭粋€(gè)單位的負(fù)電荷+反中微子中微子 三種子體分享裂變能因此電子具有連續(xù)能量衰變2. 核衰變類型第十八張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 核衰變類型已知的具有放射性的核素有一千多種，其中輕核和重核都可能放射出射線。由中子輻照穩(wěn)定核素所產(chǎn)生的大多數(shù)放射性核素都具有放射性，因此輻射源通?？梢杂梅磻?yīng)堆中子輻照得到。單能電子可由電子加速器提供。第十九張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月衰變（Gamma ray decay）射線：波長比X射線更短的電磁即光子流衰變通式： AZXmAZX+ 例 6027Co6028Ni+ + 鈷 11349In11349In+ 銦 2. 核衰

7、變類型第二十張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月+中微子光子2. 核衰變類型第二十一張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月衰變特點(diǎn)：1、從原子核中發(fā)射出光子2、常常在 或 衰變后核子從激發(fā)態(tài)退激時(shí)核能級躍遷 時(shí)產(chǎn)生。3、產(chǎn)生的射線能量離散，是單能的4、可以通過測量光子能量來區(qū)分母體的核素類別5、 光子的能量在幾十keV到幾MeV，放射性核素有兩千 多種。2. 核衰變類型第二十二張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月衰變3He 3He2. 核衰變類型第二十三張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 衰變- 衰變+ 衰變 衰變第二十四張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月電子俘

8、獲（Electeon Capture EC）通式： P+e-n+ AZX+e- AZ-1Y+Q+ 例：5526Fe+e-5525Mn2. 核衰變類型第二十五張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 質(zhì)子變成中子X射線電子俘獲2. 核衰變類型第二十六張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月電子俘獲7Be 7Li2. 核衰變類型第二十七張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 核衰變類型注：x和射線都是電磁輻射，電荷都為0，靜止質(zhì)量為0，都具有波粒二象性，其本質(zhì)是電磁場的攜帶者或者是電磁相互作用的傳遞者。二者的根本區(qū)別在于來源不同：射線是原子核結(jié)構(gòu)變化而發(fā)射出的輻射X射線是核外電子繞行軌

9、道改變而發(fā)射出的輻射第二十八張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月衰變形式 放出射線 原子序數(shù)變化 原子質(zhì)量數(shù)變化 42He -2 -4 - e-(負(fù)電子) +1 0 + e+(正電子) -1 0 h(光子) 0 0 Ec h(光子) -1 03.放射性核衰變的結(jié)果第二十九張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月位移定則衰變的反應(yīng)式為它表示在衰變中，放射性元素X的原子核放出一個(gè)粒子( )，蛻變成一種新元素Y，其原子核的質(zhì)量數(shù)比原來元素的質(zhì)量數(shù)減少4，而電荷數(shù)減少2，即在周期表中的位置移前兩位。第三十張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月衰變的反應(yīng)式為它表示在衰變中，原子核放出一個(gè)粒子

10、( )時(shí)，新元素原子核的質(zhì)量數(shù)不變，而電荷數(shù)增加1，即在周期表中的位置移后一位。第三十一張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月放射性元素因衰變或衰變而引起元素原子序數(shù)變動(dòng)的規(guī)則，稱為位移定則。原子核進(jìn)行 衰變時(shí)，核的能級發(fā)生變化，而核的組成不發(fā)生變化，元素在周期表中的位置不變。第三十二張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1.幾種射線的性質(zhì)4 各種核射線的特點(diǎn) 第三十三張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月接上表：第三十四張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十五張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十六張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月多次衰變：ABCS式

11、中：S：穩(wěn)定性核素，其余具放射性。 例如：23892u23490Th23491Pa23492u206Pb 鈾 釷 鎂 鉛5 放射系 (radioactive series)第三十七張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 放射性核素衰變?yōu)榱硪环N核素，此核素還要繼續(xù)衰變，最后到達(dá)一種穩(wěn)定的核素，形成放射系，也稱級聯(lián)衰變鏈。已知三天然一人工。(4) 镎系：镎( )鉍( ).A=4n+1,4n +1系。 (3) 錒系：錒( )鉛( ).A=4n+3,4n +3系。(2) 鈾系：鈾( ) 鉛( ).A=4n+2,4n+2系。 (1) 釷系：釷( )鉛( ).A=4n,4n系。 5 放射系 (radi

12、oactive series)第三十八張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6 中子輻射中子輻射主要由核反應(yīng)產(chǎn)生，而不是核衰變產(chǎn)生。中子不帶電，與物質(zhì)相互作用與其他射線不同。第三十九張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1 中子類型 冷中子：En0.5ev 共振中子：En=1eV1keV中能中子：En：1Kev-0.5Mev快中子： En：0. 5Mev-10Mev超快中子：En：20Mev50Mev中子 第四十張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2 中子的性質(zhì)中于的質(zhì)量略大于質(zhì)子。自由中子不穩(wěn)定，它具有衰變的性質(zhì) 實(shí)驗(yàn)測得中子的半衰期T1/210.6min。與中子和物質(zhì)

13、相互作用過程的時(shí)間相比，這個(gè)時(shí)間是很長的。也就是說，中子在衰變之前就已經(jīng)被原子核俘獲了。所以通?？蓪⑺暈榉€(wěn)定粒子中子的自旋為12，磁矩為一1.9228N 。第四十一張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2 中子的性質(zhì)中子與其他微觀粒子一樣，在適當(dāng)條件下會(huì)呈現(xiàn)出波動(dòng)性質(zhì)。中子波長與它的動(dòng)能Tn及動(dòng)量pn有以下關(guān)系當(dāng)中子的速度vnc時(shí)，有第四十二張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2 中子的性質(zhì)中子與物質(zhì)作用時(shí)，其波性是否明顯，主要取決于它的波長和它所作用系統(tǒng)的相對大小。熱中子的波長與固體原子之間的距離相當(dāng)，這種中子通過晶體時(shí)，其波性就很顯著?？熘凶拥牟ㄩL與原子核大小同數(shù)量級，

14、這種中子與物質(zhì)作用時(shí)，對核作用過程來說，表現(xiàn)出一定的波性。但對原子作用過程來說其波性就可以忽略了。第四十三張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3 中子源為了研究和利用中子，需要有產(chǎn)生中子的裝置。獲得中子的途徑有兩個(gè)：核反應(yīng)和核裂變。具體獲得中子的方法大致分為三類：利用放射性核素產(chǎn)生中子：( ，n)型中子源；(,n)型中子源；自發(fā)裂變中子源第四十四張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3 中子源利用加速荷電粒子產(chǎn)生中子：加速器中子源為了獲得單能中子，通常用粒子加速器將p，d，等荷電粒子加速，然后用它們?nèi)マZ擊原子質(zhì)量數(shù)比較低的靶核，產(chǎn)生(p,n)，(d,n)，(,n)反應(yīng)。利用核

15、反應(yīng)堆獲得中子：裂變材料(如235U，239Pu等)在核反應(yīng)堆中進(jìn)行模式反應(yīng)時(shí)放出大量中子，反應(yīng)堆中子源的中子能量是連續(xù)的，從0.001eV至十幾MeV都有。第四十五張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月7 感生放射性用核粒子轟擊穩(wěn)定的核素可以產(chǎn)生出人工的放射性核素。激活或活化（反應(yīng)）通常把穩(wěn)定的核素吸收一個(gè)中子后轉(zhuǎn)變成放射性核素的過程稱為把生成的放射性核素叫做活化產(chǎn)物。感生放射性活化產(chǎn)物因?yàn)楹藘?nèi)中子過剩還要進(jìn)行衰變。活化產(chǎn)物衰變時(shí)產(chǎn)生的發(fā)射性稱為感生放射性。 第四十六張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月7 感生放射性用中子轟擊或照射穩(wěn)定同位素 59Co（鈷），則可產(chǎn)生放射性同位素

16、60Co。 60Co原子再進(jìn)行衰變，同時(shí)發(fā)出射線，變成穩(wěn)定同位素 60Ni（鎳）原子。這個(gè)過程可寫成： 59Co 60Co 60Ni 60Co是活化產(chǎn)物，它們衰變產(chǎn)生的、 射線即為感生放射性。 第四十七張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月7 感生放射性反應(yīng)堆一回路水中的穩(wěn)定同位素16O（氧）吸收中子，同時(shí)發(fā)射出質(zhì)子，產(chǎn)生出放射性核素16N（氮）， 16N原子再進(jìn)行衰變，并發(fā)出射線，變成穩(wěn)定的16O原子，即： 16O 16N 16O 16N是活化產(chǎn)物，它們衰變產(chǎn)生的、 射線即為感生放射性。 第四十八張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月二、原子核的衰變規(guī)律和放射性活度第四十九張，PPT

17、共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 原子核衰變的基本規(guī)律 1) 指數(shù)衰減規(guī)律 N = N0e-t （說明） N0: （t = 0）時(shí)放射性原子 核的數(shù)目N: 經(jīng)過t時(shí)間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目:放射性原子核衰變常數(shù) 大小只與原子核本身性質(zhì) 有關(guān)，與外界條件無關(guān); 數(shù)值越大衰變越快N = N0e-t第五十張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 原子核衰變的基本規(guī)律說明: 設(shè)在dt時(shí)間內(nèi)，某放射源中的放射性原子核的數(shù)目因衰變而引起的變化量為dN ，它與原來的原子核數(shù)目N、衰變時(shí)間dt成正比。原子核數(shù)目隨時(shí)間而減少，dN為負(fù)，即dN=-Ndt 衰變常數(shù)：為比例恒量，只與元素本身性質(zhì)有

18、關(guān)，與外界條件及核素本身的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，反映原子核衰變的快慢程度第五十一張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 原子核衰變的基本規(guī)律積分，lnN=-t+C （C為積分常數(shù)）。設(shè)t=0時(shí)，原子核數(shù)目為N0，代入上式得C=lnN0，因此可得式表示，原子核的數(shù)目N是隨時(shí)間t按指數(shù)規(guī)律減少的，表示t時(shí)刻還有多少原子核沒有衰變。第五十二張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月放射性活度（radioactivity),簡稱活度 (activity)意義：表示核素特征的一個(gè)重要輻射量定義：在給定時(shí)刻，處于一給定能態(tài)的一定量的某種放射性核素在dt時(shí)間內(nèi)發(fā)生自發(fā)核衰變和核躍遷數(shù)的期望值dN除以dt：

19、A=dN/dt dN在時(shí)間間隔dt內(nèi)該核素從該能態(tài)發(fā)生自發(fā)核躍遷數(shù)目的期望值。即單位時(shí)間內(nèi)的核衰變數(shù)。2. 放射性活度第五十三張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月單位： 秒的倒數(shù)(S-1) SI單位專名： 貝可勒爾（Becquerel)，簡稱貝可，符號: Bq，每秒一次核衰變，1Bq=1 s-12. 放射性活度第五十四張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 放射性活度放射性活度減小規(guī)律: （說明）式中，表示t時(shí)刻核素的放射性活度是多大。第五十五張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 放射性活度設(shè)在dt時(shí)間內(nèi)發(fā)生核衰變的次數(shù)（即原子核減少的數(shù)目）為-dN（因dN為負(fù)值，故加

20、一負(fù)號），按放射性活度定義，得A0是t=0時(shí)的放射性活度。放射性活度A是隨時(shí)間t按指數(shù)規(guī)律而減小。第五十六張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 放射性活度單位 放射性活度的專用單位為居里(Curie)，簡稱居（C或Ci）:1居里(Ci)=3.71010/秒 (dps)1毫居(mCi)=10-3居 (Ci)1微居(Ci)=10-6居 (Ci)1納居(nCi)=10-9居 (Ci)1皮居(pCi)=10-12居 (Ci)第五十七張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 放射性活度單位國際單位制：貝可勒爾：簡稱貝可，符號:Bq，每秒一次核衰變1Bq=1 s-11Bq=2.710-11居里 第五十八張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月通常用放射性比活度及放射性濃度二參數(shù)表示表示各種物質(zhì)中的放射性核素含量。放射性比活度（specific radioactivity) 定義：指單位質(zhì)量所含的放射性活度，單位是Bq/g ，亦可用單位摩爾物質(zhì)的放射性活度來描述放射性比活度，單位是Bq/mol ，簡稱比活度，用于固體意義：表示樣品內(nèi)放射性核素在其所屬的物質(zhì)全部原子中所占比例的一個(gè)參數(shù)。 3. 放射性活度單位第五十九張，PPT共六十六頁，創(chuàng)作于2022年6月放射性濃