核輻射探測學(xué)課件

核輻射探測學(xué)2010.091核輻射探測學(xué)碩士研究生課程主要內(nèi)容第一章放射性基本知識第二章射線與物質(zhì)的相互作用第三章射線能譜學(xué)第四章放射性測量單位、輻射源及防護(hù)知識第五章核輻射探測器第六章放射性測量中的統(tǒng)計(jì)漲落規(guī)律2010.092核輻射探測學(xué)碩士研究生課程教材與參考文獻(xiàn)成都地質(zhì)學(xué)院三系,放射性勘探方法,原子能出版社，1978章曄,華榮洲,石柏慎，放射性方法勘查，原子能出版社，1990賈文懿,方方,唐紅,苗放.核地球物理儀器,原子能出版社,1998成都地質(zhì)學(xué)院三系，放射性勘探儀器，原子能出版社，1979方方,唐紅,葛君偉,苗放，放射性勘探簡明教程,成都地質(zhì)學(xué)院,1992周蓉生等，核方法原理及應(yīng)用，地質(zhì)出版社，1994葛良全,周四春，核輻射測量方法，成都理工大學(xué)，2007湯彬葛良全方方等，核輻射測量原理，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2010GFKnoll.RadiationDetectionandMeasurement.1989CECrouthamel,AppliiedGamma-RaySpectrometry,1970NuclearGeophysicsAppliedRadiationIsotopesJournalAppliedRadiationandIsotopesRadioactiveMethods.Geophysics2010.093核輻射探測學(xué)碩士研究生課程課堂討論主要內(nèi)容的章節(jié)安排第一章放射性基本知識原子與原子核核衰變放射性系列天然放射性核素射線譜放射性核素衰變和積累規(guī)律第二章射線與物質(zhì)的相互作用α粒子與物質(zhì)的相互作用β粒子與物質(zhì)的相互作用β射線在物質(zhì)中的衰減γ粒子與物質(zhì)的相互作用γ射線在物質(zhì)中的衰減中子與物質(zhì)的相互作用及衰減規(guī)律第三章射線能譜學(xué)核素的原始譜線射線儀器譜射線通過物質(zhì)譜成分的變化譜平衡第四章放射性測量單位、輻射源及防護(hù)知識放射性測量中常用單位輻射源防護(hù)知識第五章核輻射探測器核輻射探測器的基本特性氣體探測器閃爍探測器半導(dǎo)體探測器中子探測器其它核輻射探測器第六章放射性測量中的統(tǒng)計(jì)漲落規(guī)律放射性計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)放射性測量誤差放射性衰變統(tǒng)計(jì)規(guī)律的應(yīng)用2010.094核輻射探測學(xué)碩士研究生課程第一章放射性基本知識原子與原子核核衰變放射性系列天然放射性核素射線譜放射性核素衰變和積累規(guī)律2010.095核輻射探測學(xué)碩士研究生課程1.原子與原子核原子的組成及基本性質(zhì)：原子核核外軌道電子原子質(zhì)子中子原子核2010.096核輻射探測學(xué)碩士研究生課程原子及原子核的基礎(chǔ)知識原子的結(jié)構(gòu)：原子atom：原子核nucleus、電子electron原子核帶正電、電子帶負(fù)電（電荷是量子化的）原子是電中性的原子的大小：10-10米原子的太陽系模型核能，結(jié)合能，核能級，基態(tài)，激發(fā)態(tài)，躍遷2010.097核輻射探測學(xué)碩士研究生課程不同核素具有自己不相同的核能級。核輻射探測學(xué)碩士研究生課程當(dāng)原子核受到某種射線（快速粒子或光子）的轟擊或進(jìn)行核衰變時(shí)，產(chǎn)生的核可能處于較高能量態(tài)，原子核處于較高能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。1850.Rn-2206.Rb-87T=5.Po-2128.3372.核輻射探測學(xué)碩士研究生課程放射性衰變的基本規(guī)律75a，整個(gè)系列達(dá)到平衡需要50多年。原子核由中子和質(zhì)子組成。在α衰變、β衰變過程中，伴隨放出γ輻射gammaradiation核輻射探測學(xué)碩士研究生課程此外，核內(nèi)核子間還存在萬有引力、以及對β衰變一類變化起作用的弱力。核輻射探測學(xué)碩士研究生課程核地球物理儀器,原子能出版社,19989291908988878685848382核輻射探測學(xué)碩士研究生課程U-2384.原子核由中子和質(zhì)子組成。它們靠什么力將這些核子約束在原子核內(nèi)呢？目前公認(rèn)是：原子核內(nèi)核子間存在核力，它是中子與中子、中子與質(zhì)子、以及質(zhì)子與質(zhì)子的相互吸引力，使核子緊密地聚集在一起(各核子間具有相同的核力)。核內(nèi)的質(zhì)子與質(zhì)子之間還存在服從庫侖定律的靜電斥力，使核傾向于分裂。此外，核內(nèi)核子間還存在萬有引力、以及對β衰變一類變化起作用的弱力。原子及原子核的基礎(chǔ)知識核力：核力為1；電磁力10-2；萬有引力10-38

核力的力程(相互作用的距離)很短，在10-13cm以內(nèi)，核力<0.8fm排斥；1fm顯著；>10fm消失。2010.098核輻射探測學(xué)碩士研究生課程任一原子核AZX是由Z個(gè)質(zhì)子與A－Z個(gè)中子組成，該原子核質(zhì)量應(yīng)等于Z個(gè)質(zhì)子與A－Z個(gè)中子的質(zhì)量之和，實(shí)際并非如此。例如：氦原子的質(zhì)量Hem=4.002603u，如果忽略電子的結(jié)合能，則氦原子核的質(zhì)量Hem-2×em=4.002603u-2×0.000549u=4.001505u；而兩個(gè)質(zhì)子與兩中子質(zhì)量之和為2×1.007277u+2×1.008665u=4.031884u。它比氦原子核的質(zhì)量要大，其差額為mΔ=4.031884u-4.001505u=0.030379u，即由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成氦原子核時(shí)，質(zhì)量少了Δm，該減少的質(zhì)量稱為質(zhì)量虧損。如果將核子結(jié)合成原子核時(shí)所釋放的能量稱為結(jié)合能，并把原子核分成單個(gè)核子所要消耗的能量稱為分離能，則結(jié)合能和分離能在數(shù)值上是相等的。原子核的結(jié)合能是和它的質(zhì)量虧損相對應(yīng)的，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系定律，從質(zhì)量虧損可求出結(jié)合能。原子及原子核的基礎(chǔ)知識原子核的結(jié)合能：2010.099核輻射探測學(xué)碩士研究生課程原子核的能級是原子核能量狀態(tài)的標(biāo)志，原子核的不同能量狀態(tài)就是原子核的能級。通常原子核處于最低能量狀態(tài)，稱為基態(tài)。當(dāng)原子核受到某種射線（快速粒子或光子）的轟擊或進(jìn)行核衰變時(shí)，產(chǎn)生的核可能處于較高能量態(tài)，原子核處于較高能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。一個(gè)原子核可以有許多能級，能級是分立不等間隔的。不同核素具有自己不相同的核能級。原子及原子核的基礎(chǔ)知識核能級變化放出的光子波長很短、能量很大，這種光子被稱為γ光子(即γ射線)。原子核發(fā)射的各種能量的γ光子集合，稱為該原子核的γ射線譜(即原始γ射線能譜)。核能級：2010.0910核輻射探測學(xué)碩士研究生課程原子中束縛電子繞核運(yùn)動有一定的軌道，相應(yīng)原子處于一定的能量狀態(tài)。每種原子的束縛電子數(shù)目和可能的運(yùn)動軌道都是一定的，因此每一原子只能夠在一定的、不連續(xù)的一系列穩(wěn)定狀態(tài)中，這一系列穩(wěn)定狀態(tài)，可用相應(yīng)的一組能量來表征，稱為原子的能級。處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子不放出能量。當(dāng)原子由較高的能級過渡到較低的能級時(shí)，相應(yīng)的能量變化會以光子的形式釋放出來。將某原子發(fā)射的各種頻率的光子按波長排列(即按能量排列),便構(gòu)成了該種原子的發(fā)射光譜。原子的光譜就是原子的能譜。原子及原子核的基礎(chǔ)知識原子的能級：2010.0911核輻射探測學(xué)碩士研究生課程第一，軌道電子在外部殼層各軌道之間跳躍時(shí)所產(chǎn)生的光譜稱為光學(xué)光譜。例如，若軌道電子原來位于N層，當(dāng)它在N、O、P、Q、……等外部殼層之間跳躍時(shí)，就發(fā)生光學(xué)光譜。這種外部跳躍時(shí)的原子能量變化較小，發(fā)出的光頻率較低，一般在可見光區(qū)或其附近。地質(zhì)工作中用來分析巖礦元素的光譜分析，就是利用這一部分特性。第二，軌道電子在K、L、M、……等殼層中間跳躍時(shí)，所產(chǎn)生的光譜稱為線狀倫琴光譜，這時(shí)的原子能量變化大，發(fā)射的光子頻率高。線狀倫琴光譜由內(nèi)殼層電子的跳躍所引起，而內(nèi)殼層電子離核很近，所以這種光譜與原子核電荷之間有密切關(guān)系，稱為標(biāo)識倫琴射線(又稱特征X射線)。近年來，分析和鑒定中迅速發(fā)展起來的X射線熒光法，便利用了該特性。原子及原子核的基礎(chǔ)知識原子的能級：在原子光譜學(xué)中，可以將其分為兩個(gè)類型：2010.0912核輻射探測學(xué)碩士研究生課程原子及原子核的基礎(chǔ)知識核力為1；電磁力10-2；萬有引力10-38

<0.8fm排斥；1fm顯著；>10fm消失。結(jié)合能bindingenergy核子結(jié)合成原子核時(shí)會放出能量核能級nuclearlevel中子、質(zhì)子運(yùn)動狀態(tài)質(zhì)量虧損massdefect以氘為例中子質(zhì)量=1.008665u質(zhì)子質(zhì)量=1.007276u兩者之和=2.015941u氘子質(zhì)量=2.013552u兩者之差=0.002389u核能:2010.0913核輻射探測學(xué)碩士研究生課程常用述語：質(zhì)子proton、中子neutron核內(nèi)質(zhì)子數(shù)（Z）、核外電子數(shù)、核的電荷數(shù)原子序數(shù)atomicnumber中子數(shù)（N）N=A–ZA原子質(zhì)量元素:Z相同的原子

核素：具有特定質(zhì)子數(shù)Z、中子數(shù)N的原子核。已知2000多個(gè)核素放射性核素：

同位素isotope：相同Z,不同A（N不同）的核素。同量異位素isoboars：相同A，不同Z、N的核素。

同質(zhì)異能素isomers：相同A、Z；不同能級的核素。

2010.0914核輻射探測學(xué)碩士研究生課程化學(xué)元素周期表2010.0915核輻射探測學(xué)碩士研究生課程核反應(yīng)核裂變核聚變原子及原子核的基礎(chǔ)知識2010.0916核輻射探測學(xué)碩士研究生課程2.核衰變放射性現(xiàn)象衰變衰變躍遷2010.0917核輻射探測學(xué)碩士研究生課程放射性現(xiàn)象定義：原子核自發(fā)的發(fā)生核結(jié)構(gòu)的變化，由一個(gè)元素的原子核轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)元素的原子核，同時(shí)伴隨放射出粒子或電磁輻射的現(xiàn)象。稱為放射性衰變。放出的粒子：α粒子、β粒子、γ輻射、碎片

不受物理的、化學(xué)的條件的影響是一個(gè)隨機(jī)過程2010.0918核輻射探測學(xué)碩士研究生課程重帶電粒子衰變

例2010.0919核輻射探測學(xué)碩士研究生課程β衰變放出β粒子betaparticle高速運(yùn)動的電子分為

－衰變和

＋衰變。

-衰變2010.0920核輻射探測學(xué)碩士研究生課程-衰變實(shí)例衰變；

30年↘↘β1.17MeV↘↘β0.51MeV8%↘↘92%↘↓γ0.661MeV↘↓基態(tài)

2010.0921核輻射探測學(xué)碩士研究生課程放射性活度A的定義：在給定時(shí)刻，處于特定能態(tài)一定量的放射性核素在dt時(shí)間內(nèi)發(fā)生自發(fā)核躍遷次數(shù)dN的期望值。（4）主要的譜線的相對強(qiáng)度核輻射探測學(xué)碩士研究生課程例如：氦原子的質(zhì)量Hem=4.核輻射探測學(xué)碩士研究生課程6220.06X1011aPb-2120.5.放射性衰變的基本規(guī)律同質(zhì)異能素isomers：相同A、Z；08627.在t到t+dt的時(shí)間間隔內(nèi)，原子的衰變數(shù)dN與存在的原子總數(shù)N成正比。GeophysicsK-401.原子及原子核的基礎(chǔ)知識10.↘↓基態(tài)Po-2166.原子的光譜就是原子的能譜。001505u=0.β+衰變

β+衰變是原子核內(nèi)，一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變成一個(gè)中子，放出一個(gè)正電子：2010.0922核輻射探測學(xué)碩士研究生課程K俘獲K-capture原子核俘獲一個(gè)軌道電子，核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子變成中子。2010.0923核輻射探測學(xué)碩士研究生課程γ躍遷γ-transition在α衰變、β衰變過程中，伴隨放出γ輻射gammaradiation例：基態(tài)↘↓γ0.059MeV,99.7%

β1.54MeV↘↘β0.31MeV0.3%↘↓γ

1.17MeV↓γ1.33MeV↓基態(tài)

2010.0924核輻射探測學(xué)碩士研究生課程3.放射性系列鈾系（鈾鐳系）釷系錒鈾系镎系不成系列的天然放射性核素2010.0925核輻射探測學(xué)碩士研究生課程放射性系列

鈾系uraniumseriesU-238A=4n+2釷系thoriumseriesTh-232A=4n錒鈾系actiniumuraniumseriesU-235A=4n+3镎系neptuniumseriesNp-237A=4n+1

2010.0926核輻射探測學(xué)碩士研究生課程放射性系列--鈾系鈾鏷釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛9291908988878685848382

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2010.0927核輻射探測學(xué)碩士研究生課程放射性系列--鈾系鈾鏷釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛9291908988878685848382

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2010.0928核輻射探測學(xué)碩士研究生課程任一原子核AZX是由Z個(gè)質(zhì)子與A－Z個(gè)中子組成，該原子核質(zhì)量應(yīng)等于Z個(gè)質(zhì)子與A－Z個(gè)中子的質(zhì)量之和，實(shí)際并非如此。1)A<B核輻射探測學(xué)碩士研究生課程鈾鏷釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛成都地質(zhì)學(xué)院三系,放射性勘探方法,原子能出版社，1978核輻射探測學(xué)碩士研究生課程它們靠什么力將這些核子約束在原子核內(nèi)呢？目前公認(rèn)是：原子核內(nèi)核子間存在核力，它是中子與中子、中子與質(zhì)子、以及質(zhì)子與質(zhì)子的相互吸引力，使核子緊密地聚集在一起(各核子間具有相同的核力)。核輻射探測學(xué)碩士研究生課程核輻射探測學(xué)碩士研究生課程Th-2340.0.核輻射探測學(xué)碩士研究生課程核輻射探測學(xué)碩士研究生課程N(yùn)uclearGeophysics半衰期為2.6.放射性核素衰變和積累規(guī)律↙兩個(gè)放射性核素相繼衰變和積累規(guī)律放射性系列—釷系釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛鉈90898887868584838281

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2010.0929核輻射探測學(xué)碩士研究生課程放射性系列—釷系釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛鉈90898887868584838281

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2010.0930核輻射探測學(xué)碩士研究生課程小結(jié)（1）主要的輻射體（2）Rn及其衰變子體（3）主要的譜線及與核素間的一一對應(yīng)關(guān)系（4）主要的譜線的相對強(qiáng)度2010.0931核輻射探測學(xué)碩士研究生課程4.天然放射性核素射線譜射線譜射線譜射線譜2010.0932核輻射探測學(xué)碩士研究生課程例：α衰變α射線能譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)：Bi-2125.48MeV0.016%5.6031.15.6220.155.7651.76.04769.96.08627.2Po-2128.78100.09.4920.00410.4220.00210.5430.018

2010.0933核輻射探測學(xué)碩士研究生課程天然放射性元素射線譜1.鈾系核素α射線γ射線(MeV)幾率能量(MeV)U-2384.1850.1870.048Th-2340.1480.093Ra-2264.7610.0120.184Rn-2225.4820.000640.51Po-2186.002--Pb-214--0.3770.3520.1890.295Bi-214--0.0522.2040.1631.7640.1661.1200.4710.609Po-2147.6872010.0934核輻射探測學(xué)碩士研究生課程核輻射探測學(xué)碩士研究生課程定義：處于特定能態(tài)的一定量的放射性核素的平均生存時(shí)間為該放射性核素的平均壽命τ。鈾系uraniumseriesU-238A=4n+2原子atom：原子核nucleus、電子electron鈾鏷釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子不放出能量。08627.0.原子核的能級是原子核能量狀態(tài)的標(biāo)志，原子核的不同能量狀態(tài)就是原子核的能級。核輻射探測學(xué)碩士研究生課程↘↘釷系：壽命最長的子體核素為Ra-228,9291908988878685848382核輻射探測學(xué)碩士研究生課程原子atom：原子核nucleus、電子electron000640.例：基態(tài)↘↓γ0.48MeV0.β粒子與物質(zhì)的相互作用天然放射性元素射線譜2.釷系核素α射線γ射線(MeV)幾率幾率能量(MeV)Th-2323.9930.1970.06Ra-2245.6770.0300.241Rn-2206.282----Po-2166.774----Pb-2120.4700.239Bi-2126.0510.337Po-2128.7850.663

Tl-2080.3372.6200.2930.5832010.0935核輻射探測學(xué)碩士研究生課程天然放射性元素射線譜3.不成系列的天然放射性核素的射線譜K-401.46MeVT=1.3X109aRb-87T=5.0X1010aSm-147T=1.06X1011a2010.0936核輻射探測學(xué)碩士研究生課程5.放射性核素衰變和積累規(guī)律放射性核素衰變的基本規(guī)律兩個(gè)放射性核素相繼衰變和積累規(guī)律多個(gè)放射性核素的衰變和積累規(guī)律放射性平衡鈾鐳平衡系數(shù)氡及其子體的衰變和積累2010.0937核輻射探測學(xué)碩士研究生課程常用述語：放射性衰變規(guī)律衰變常數(shù)半衰期放射性核素的壽命放射性平衡2010.0938核輻射探測學(xué)碩士研究生課程1.放射性衰變的基本規(guī)律在t到t+dt的時(shí)間間隔內(nèi)，原子的衰變數(shù)dN與存在的原子總數(shù)N成正比。2010.0939核輻射探測學(xué)碩士研究生課程每個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)衰變的幾率，量綱t-1(秒-1、日-1、年-1）半衰期：衰變常數(shù)：2010.0940核輻射探測學(xué)碩士研究生課程放射性核素的壽命：經(jīng)過十倍半衰期，只剩下1/1024，可以認(rèn)為衰變完了。2010.0941核輻射探測學(xué)碩士研究生課程放射性核素的平均壽命：某個(gè)放射性原子核的平均壽命τ就是它的全部原子核衰減到原數(shù)量的1/e時(shí)的所需時(shí)間期望值。定義：處于特定能態(tài)的一定量的放射性核素的平均生存時(shí)間為該放射性核素的平均壽命τ。2010.0942核輻射探測學(xué)碩士研究生課程二、兩個(gè)放射性核素相繼衰變和積累規(guī)律2010.0943核輻射探測學(xué)碩士研究生課程兩個(gè)放射性核素相繼衰變和積累規(guī)律稱為達(dá)到放射性平衡，10TB1)A<<B2010.0944核輻射探測學(xué)碩士研究生課程核輻射探測學(xué)碩士研究生課程7651.1)A<B3%↘↓γ1.放出β粒子betaparticle高速運(yùn)動的電子分為－衰變和＋衰變。天然放射性核素射線譜核輻射探測學(xué)碩士研究生課程000640