核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)課件

CourseonNuclearTechnologyandit’sApplication（核技術(shù)及應(yīng)用課程）P.J.Cheng（程品晶）SchoolofNuclearScienceandTechnologyNanhuaUniversity

核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)第二章核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)第二節(jié)原子核的基本性質(zhì)第三節(jié)放射性衰變第四節(jié)放射性衰變規(guī)律第五節(jié)核輻射與物質(zhì)的相互作用第六節(jié)核輻射量度及其單位第七節(jié)核科學(xué)的基本工具與測(cè)量核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)原子核中子質(zhì)子電子(電子云)+++第一節(jié)現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)核素：具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子核稱做核素核素是原子核的一種統(tǒng)稱核素質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)量數(shù)符號(hào)氦-42244He碳-12661212C碳-13671313C碳-14681414C核素及符號(hào)表示

核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)名稱質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)量數(shù)舉例同位素相同不同不同1H2H3H同中子素不同相同不同2H3He同量素不同不同相同3H3He其它：穩(wěn)定核素和不穩(wěn)定核素穩(wěn)定同位素和不穩(wěn)定同位素放射性核素和非放射性核素定義：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的核素互為同位素。同位素核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):原子核內(nèi)的質(zhì)子+中子緊密地?cái)D靠在一起，核子之間沒(méi)有什麼空隙（與原子情況不同).穩(wěn)定原子核基本上類似與球體

原子核的半徑R=r0A1/3

原子核半徑常數(shù)

r0=1.2

10-15m=1.2fmA原子核的質(zhì)量數(shù)例如：238U7.4fm1)原子核的大小R第二節(jié)原子核的基本性質(zhì)核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2)

原子核的質(zhì)量電子me=9.1×10-31kg=5.48×10-4u=0.511MeV/c2質(zhì)子mp=1.007276u=938.256MeV/c2中子mn=1.008665u=939.550MeV/c2原子核質(zhì)量=原子質(zhì)量—全部電子的質(zhì)量

MN(Z,A)=Ma(Z,A)—Zme

忽略了電子的結(jié)合能（eV量級(jí)）

原子的質(zhì)量可以用質(zhì)譜計(jì)精確測(cè)量(有表可查)

原子核質(zhì)量可以精確確定核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)3)核物質(zhì)密度原子核中核子緊密擠在一起根據(jù)

=M/V計(jì)算核物質(zhì)密度:

~2.3

1014g/cm3

1cm3

核物質(zhì)2億噸重!黑洞1018核物質(zhì)1014中子星109白矮星105

水1密度比較g/cm3

核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

天平為何傾斜?重輕4)原子核結(jié)合能和原子核穩(wěn)定性核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

質(zhì)量虧損氦原子核（4He）由2個(gè)質(zhì)子+2個(gè)中子構(gòu)成

2個(gè)質(zhì)子質(zhì)量+2個(gè)中子質(zhì)量=﹖原子核4He的質(zhì)量

2x1.007276+2x1.008665-4.002603

ΔM(4He)=4.031882-4.002603=-0.029279u

ΔE(4He)=ΔM(4He)C2=27.27MeV虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量氦原子核的結(jié)合能是27.27MeV虧損的質(zhì)量哪里去了?質(zhì)能關(guān)系

E=MC2核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

原子核結(jié)合能

定義:質(zhì)子和中子結(jié)合構(gòu)成原子核時(shí)所釋放的能量

原子核的結(jié)合能越大（質(zhì)量虧損越大）原子核越穩(wěn)定

表:比結(jié)合能(原子核結(jié)合能/核子數(shù))核素比結(jié)合能

MeV核素比結(jié)合能

MeV核素比結(jié)合能

MeV2H1.11212C7.68235U7.593He2.57316O7.98238U7.574He7.0756Fe8.79最大

6Li5.33107Ag8.55

7Li5.61208Pb7.87

核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

原子核平均結(jié)合能(比結(jié)合能)曲線1各原子核中，每個(gè)核子的平均結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)而變化

6-9MeV2中等重量的原子核的比結(jié)合能較大

釋放能量途徑:1）重核裂變

2）輕核聚合成原子核重核裂變輕核聚合核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)252Cfα自發(fā)裂變中子引起235U

裂變H原子核聚合

H的燃燒太陽(yáng)能

釋放能量舉例核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)例：估算裂變釋放的能量

n+235U

(236U)X+Y+E假設(shè)裂變成質(zhì)量相等的兩塊質(zhì)量數(shù)各約為118

235U核子平均結(jié)合能7.6MeV

質(zhì)量數(shù)為118的原子核平均結(jié)合能8.6MeV

兩者平均結(jié)合能差

1MeV230多個(gè)核子總的E=200MeV!比較:

裂變能n+235U

X+Y+E200MeV

化學(xué)能

C+O2

CO2+

E

4ev

汽油與氧的爆炸，一個(gè)分子釋放40-50eVTNT爆炸自身釋放能量，每個(gè)分子30eV核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)+++++++++從母核中射出的4He原子核

粒子得到大部分衰變能238U

4He+234Th放射性母核!!基本衰變——

衰變第三節(jié)放射性衰變A≥200核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

衰變——241Am

237Np核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)+++++++++發(fā)生原因：母核中子或質(zhì)子過(guò)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)變成質(zhì)子，并且?guī)ё咭粋€(gè)單位的負(fù)電荷+中微子－反中微子

三種子體分享裂變能——因此電子具有連續(xù)能量基本衰變——

衰變核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)基本衰變——

衰變（動(dòng)畫(huà)）核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

衰變——3H

3He核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)正衰變——11C

11B核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

質(zhì)子變成中子X(jué)射線電子俘獲核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電子俘獲——7Be

7Li核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)+++++++++－反中微子

光子基本衰變——

衰變核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)基本衰變——

衰變

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)發(fā)生3、產(chǎn)生的射線能量不連續(xù)4、可以通過(guò)測(cè)量光子能量來(lái)鑒定核素種類類別核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

衰變——3He*

3He核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)α

衰變?chǔ)?

衰變?chǔ)?

衰變

衰變核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)半衰期(T1/2)定義：一定量的某種放射性原子核衰變至原來(lái)的一半所需要的時(shí)間。時(shí)間t(T1/2)012345n放射性原子核數(shù)目N0N0/2N0/4N0/16N0/32N0/64N0/2n經(jīng)過(guò)n個(gè)半衰期后，未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目是原有的1/2n第四節(jié)放射性衰變規(guī)律核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)半衰期核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)放射性衰變基本規(guī)律

1指數(shù)衰減規(guī)律

N=N0e-t

N0:（t=0）時(shí)放射性原子核的數(shù)目N:經(jīng)過(guò)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(wú)關(guān);

數(shù)值越大衰變?cè)娇霳=N0e-t核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)第五節(jié)核輻射與物質(zhì)的相互作用1.0086650n中子1.007276+1p質(zhì)子00

5.486×10-4

±1e±

β

4.00279+24Heα質(zhì)量

(u)電荷（e)符號(hào)種類

α

β核輻射的基本性質(zhì)核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)一核輻射與物質(zhì)的基本作用

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。原子。。。αβγn

物質(zhì)：氣體液體固體包括人體等微觀粒子間碰撞有動(dòng)量和能量的傳遞庫(kù)侖作用1電離作用

2電離效應(yīng)核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)二帶電粒子與物質(zhì)的作用

核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)自由電子正離子α+靶原子→正離子

+電子

+α

4He+Ar→Ar+

+e-+4He物質(zhì)中原子被電離，在粒子通過(guò)的路徑上形成許多離子對(duì)：正離子和自由電子

+e-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-庫(kù)侖作用核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)α

射線與β射線電離效應(yīng)比較

α射線

β射線徑跡粗直細(xì)彎

α

電離作用強(qiáng)電離作用嚴(yán)重產(chǎn)生離子對(duì)數(shù)目多

電離作用

Z1Z2/v2

Z1

入射粒子原子序數(shù)

Z1

靶粒子原子序數(shù)

v入射粒子速度

實(shí)驗(yàn)結(jié)果核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)α粒子徑跡是一條直線

5.3MeVα粒子在空氣中的射程3.83cm電子徑跡是折線核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)軔致輻射（bremsstrahlung)原子核

高速帶電粒子通過(guò)原子核附近時(shí)，受到原子核庫(kù)侖電場(chǎng)的作用而急劇減速，一部分能量以光子的形式輻射出來(lái)，這種輻射稱為韌致輻射。核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

電磁輻射譜

小能量高E=h,=c/

大能量低三γ射線與物質(zhì)的作用核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)γ射線是波長(zhǎng)很短能量高的電磁輻射（

﹤

10-11米，keV，MeV），來(lái)自原子核γ衰變,

不帶電，靜止質(zhì)量0

。1γ射線是什麼？

能夠同物質(zhì)原子發(fā)生作用，但不能直接使原子電離；有動(dòng)量和能量交換,能夠產(chǎn)生載能次級(jí)帶電粒子，可以對(duì)物質(zhì)發(fā)生電離作用。能量E=hν）動(dòng)量p=hν/c核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2γ射線對(duì)物質(zhì)的電離作用兩步過(guò)程三種作用效應(yīng)

光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)

產(chǎn)生次級(jí)電子電離效應(yīng)次級(jí)電子使物質(zhì)原子電離γ射線第1步初級(jí)作用第2步次級(jí)作用核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)光電效應(yīng)

自由電子

作用機(jī)制光子同(整個(gè))原子作用把自己的全部能量傳遞給原子,殼層中某一電子獲得動(dòng)能克服原子束縛跑出來(lái),成為自由電子，光子本身消失了。

γ+A

A*+e-

（光電子）

原子

A+X射線原子受激原子核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

電子對(duì)效應(yīng)能量≥1.02MeV的γ射線與原子核作用可能產(chǎn)生一對(duì)正-負(fù)電子。

M＋γ→M+e++e-→

γ1+γ2

1.02MeVmeme0.511MeV0.511MeV基本條件：γ射線能量Eγ1.02MeV為什麼？能量轉(zhuǎn)化成質(zhì)量M=E/C2核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)康普頓－吳友訓(xùn)效應(yīng)（Compton--Wueffect)

當(dāng)光子與物質(zhì)原子中的一個(gè)電子發(fā)生彈性相撞時(shí)，將部分能量傳給電子，電子獲得能量后脫離原子而運(yùn)動(dòng)，該電子稱康普頓－吳有訓(xùn)電子，而使物質(zhì)電離。光子本身能量減少又改變了運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)光子的能量為0.5--1.0MeV時(shí)，該效應(yīng)比較明。核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)正電子湮滅正電子與負(fù)電子相遇發(fā)生湮滅，產(chǎn)生兩個(gè)0.511MeV的γ光子。

e++e-→

γ+γme++me-=0.511+0.511MeV

質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量轉(zhuǎn)化效率(100%）

γ

γ核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)γ射線通過(guò)介質(zhì)時(shí)由于同物質(zhì)的作用,γ光子的數(shù)量不斷的減少,物質(zhì)層越厚減少得越多，這種現(xiàn)象稱做對(duì)γ射線的吸收。

I(x)=I0e-μx

厚度X

I0四γ射線的吸收I

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：γ射線強(qiáng)度隨通過(guò)介質(zhì)層厚度增加而減小，服從指數(shù)衰減規(guī)律。

核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

指數(shù)衰減規(guī)律μ指數(shù)衰減因子線性吸收系1）γ射線能量高μ值小2）原子序數(shù)高μ值大I(x)=I0e-μx能量（MeV)

鉛（Pb)cm-1

鋁（Al）cm-10.61.60.21.00.80.182.00.50.1鉛和鋁吸收系數(shù)核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)γ射線強(qiáng)度減弱1/2

所通過(guò)物質(zhì)層的厚度

γ射線的防護(hù)大都選用重金屬鉛、水泥等，構(gòu)成很厚的防護(hù)墻。

半吸收厚度單位：cm物質(zhì)層厚度0I/I

半吸收厚度(d1/2)核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

αβγ對(duì)物質(zhì)電離作用的比較

2MeV射程(m)離子對(duì)密度/mmα0.016000β2-360

γ10幾個(gè)核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)1MeV的粒子穿透物質(zhì)能力

α1頁(yè)

β60頁(yè)/本

鉛地下1-2米深鉛室γn4580本中子源核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)αβγ射線穿透物質(zhì)能力αβγ射線穿透人體皮膚情況

核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)中子不帶電不能直接使原子電離但中子容易進(jìn)入原子核內(nèi)同原子核發(fā)生作用引起核反應(yīng)1）與H原子核的彈性碰撞傳遞能量質(zhì)子跑出來(lái)中子被慢化

n+H→n+p

第一步打出質(zhì)子（載能）第二步質(zhì)子引起物質(zhì)電離慢化劑:輕水(1H2O)

重水(2D2O)五中子與物質(zhì)的作用nHnnp電離核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2）中子核反應(yīng)例如(n,p)反應(yīng)

n+14N→14C+p

第一步核反應(yīng)產(chǎn)生質(zhì)子第二步質(zhì)子對(duì)物質(zhì)產(chǎn)生電離作用np電離14N14C

人體有大量H和N原子中子對(duì)人體電離效應(yīng)嚴(yán)重，可導(dǎo)致嚴(yán)重傷害12核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

電離輻射直接或間接使介質(zhì)發(fā)生電離效應(yīng)的帶電或不帶電的射線或粒子(能量﹥keV)α、β、γ、x、n、p、裂變碎片

介子等

來(lái)源

1)放射性物質(zhì)(人造天然）2)加速器3)反應(yīng)堆4)宇宙射線5)地球環(huán)境

電離輻射和非電離輻射非電離輻射紫外線、紅外線、微波等這些粒子雖能夠同物質(zhì)發(fā)生作用但都不能使物質(zhì)發(fā)生電離效應(yīng)～eV量級(jí)移動(dòng)電話800-1800MHz﹤0.01eV(沒(méi)有電離作用）核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)1原子核裂變或聚變時(shí)可以放出巨大的能量，既可造福人類，也可能對(duì)環(huán)境和人類產(chǎn)生危害。2核輻射同物質(zhì)相互作用的過(guò)程是能量和動(dòng)量傳遞的過(guò)程；沒(méi)有能量和動(dòng)量傳遞就沒(méi)有作用。3通常遇到的核輻射主要是對(duì)物質(zhì)的電離作用，會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生一系列的影響，人體也不例外。小結(jié)核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)第六節(jié)核輻射量度及其單位核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)1.放射性活度（activity,A)定義：放射性核素在單位時(shí)間(dt)內(nèi)發(fā)生核衰變的數(shù)目(dN)

A=dN/dt單位：

SI:Becquerel(Bq)1Bq=1s-1

居里1Ci=3.7×1010Bq

核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.吸收劑量（absorbeddose,D)定義：授予單位物質(zhì)(dm)（或被單位物質(zhì)吸收）的任何致電離輻射的平均能量（dE)。單位：

J/kg1J/kg=1Gy（戈瑞）

1Gy=100rad（拉德）核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)吸收劑量1戈瑞（1焦耳/千克）時(shí)的能量效應(yīng)

1）水溫升高（比熱4.2×103J/千克度）

1kg水物質(zhì)吸收劑量1Gy

水溫度上升1/（4.2×103）=2.4×10-4C°2）轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能

mD=(1/2)mv2

運(yùn)動(dòng)速度v=1.4m/s3)轉(zhuǎn)化為物體的勢(shì)能

mD=mgh上升高度

h=0.1m劑量——實(shí)際上是單位物質(zhì)吸收電離輻射能大小的一種量度核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)定義：組織或器官的當(dāng)量劑量是此組織或器官的平均吸收劑量與輻射權(quán)重因子的乘積。3.當(dāng)量劑量（equivalentdose,HT)單位：焦耳/千克專用名稱：Sievert,Sv（希沃特）

1Sv=1J/kg核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)輻射權(quán)重因子

(Radiationweightingfactor,WR)

輻射類型能量范圍WR光子電子和介子中子質(zhì)子（反沖質(zhì)子除外）Α粒子，裂變碎片，重核所有能量所有能量能量＜10keV10-100keV＞100keV-2MeV＞2-20MeV＞20MeV能量＞2MeV1151020105520核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)組織權(quán)重因子（tissueweightingfactor，WT）

組織或器官組織權(quán)重因子WT睪丸紅骨髓結(jié)腸肺胃膀胱乳腺旰食道甲狀腺皮膚骨表面其余組織或器官0.200.120.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.05核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)4.有效劑量（effectivedose,E)定義：各組織或器官的當(dāng)量劑量（HT）與相應(yīng)的組織權(quán)重因子（WT）的乘積的總和。意義：定量評(píng)價(jià)隨機(jī)效應(yīng)的危險(xiǎn)度單位：Sv（希沃特）核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)例：

某人骨表面接受0.3Sv的劑量當(dāng)量，而另一個(gè)人骨表面受0.2Sv的照射，同時(shí)肝臟又受到0.1Sv的照射，哪個(gè)人危險(xiǎn)更大些？核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)放射性活度(A)

吸收劑量(D)

劑量當(dāng)量(H)

有效劑量（E）

吸收劑量(D)1戈瑞=1焦耳/千克1Gy=1J/kg放射源活度(A)

1貝克=1次核衰變/秒

劑量當(dāng)量(H)有效劑量（E）

1希沃特=1焦耳/千克三者意義和區(qū)別任何物質(zhì)有機(jī)體核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)小結(jié)劑量是指輻射與物質(zhì)作用后，釋放或吸收能量的量度。不同種類、能量的核輻射，對(duì)生物體造成的輻射損傷不同。輻射所致生物效應(yīng)中的隨機(jī)性效應(yīng)可以通過(guò)有效劑量進(jìn)行估算。核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)第六節(jié)核科學(xué)的基本工具與測(cè)量核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)1觀測(cè)和研究事物的工具

工欲善其事,必先利其具。核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)望遠(yuǎn)鏡1608年荷蘭出現(xiàn)伽利略發(fā)現(xiàn)全新宇宙景象：木星有衛(wèi)星、月球上有山脈、太陽(yáng)上黑子、金星有轉(zhuǎn)動(dòng)周期。支持哥白尼日心理論顯微鏡

1650年代荷蘭列文虎克制造出放大200倍顯微鏡，看見(jiàn)了：細(xì)菌、紅血球、肌肉的條紋結(jié)構(gòu)、血液在毛細(xì)血管中流動(dòng)等。一滴久置的雨水中發(fā)現(xiàn)有250萬(wàn)個(gè)微生物在浮游。1673向英國(guó)皇家協(xié)會(huì)報(bào)告會(huì)員們不相信，認(rèn)為是騙子，派人親自登門觀察，在事實(shí)面前承認(rèn)是了不起的發(fā)現(xiàn)英國(guó)國(guó)王和俄國(guó)彼得大帝拜訪列文虎克并觀看了神奇的顯微鏡。將人們注意力引向微小世界。核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

放射源

2盧瑟福“看”原子探測(cè)器光源：載能粒子束觀測(cè)物體：出射粒子眼睛：探測(cè)器背散射粒子核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)“看”未知圖形12核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)盧瑟福用

粒子轟擊金原子，發(fā)現(xiàn)了原子核，看到了原子核的大小，建立了原子太陽(yáng)系。利用粒子束轟擊耙粒子，觀測(cè)經(jīng)過(guò)相互作用后出射粒子所載有的信息，可以推知耙粒子有關(guān)情況。核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

探針粒子的波長(zhǎng)應(yīng)小于觀測(cè)物體的尺度即：物體越小，所需粒子的能量越高。被看物體大小探針粒子的能量原子10-10

米10eV（電子）高倍電子顯微鏡原子核10-14

米107eV（

）盧瑟福實(shí)驗(yàn)核子10-15

米108eV（電子）加速器對(duì)撞機(jī)夸克？10-18

米﹥﹥109eV（電子）對(duì)撞機(jī)

看微觀小物體對(duì)顯微鏡的要求核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

4加速器顯微鏡核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)1.加速器人工產(chǎn)生高能量帶電粒子束的機(jī)器2.反應(yīng)堆：可控裂變反應(yīng)爐

（第2章）4.輻射探測(cè)器（熒光屏+眼睛）感知放射性存在傳感放射性信號(hào)5.電子學(xué)和計(jì)算機(jī)放大變換傳輸控制記錄分析核過(guò)程信息

核科學(xué)中的基本儀器和設(shè)備3.放射源6.其他核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

加速器在核科學(xué)中的地位1.加速器是核科學(xué)最重要的工具之一，1932年前人們只是用天然的

粒子進(jìn)行核反應(yīng)，例如盧瑟福1919年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)核反應(yīng)?，F(xiàn)在利用天然

粒子進(jìn)行核反應(yīng)早已成為歷史。2.現(xiàn)在加速器不僅可以提供更高能量的粒子，而且周期表中從H-U絕大多數(shù)元素粒子都可加速;1980年代后加速放射性粒子，6He17N等3.對(duì)探索原子核起了關(guān)鍵作用，可以說(shuō)，沒(méi)有加速器不可能有今天的核物理，不可能有今天的核科學(xué),不可能有核技術(shù)的廣泛應(yīng)用。核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)入射粒子與靶物質(zhì)作用后產(chǎn)生的粒子或射線探測(cè)和分析這些出射粒子可獲得核過(guò)程信息。1離子源2加速聚焦3偏轉(zhuǎn)4靶物質(zhì)加速器人工方法產(chǎn)生高能量帶電粒子束的機(jī)器5加速器基本結(jié)構(gòu)和工作原理

基本要求和功能1提高帶電粒子的能量2增加帶電粒子束的強(qiáng)度3使粒子束同靶物質(zhì)作用4帶電粒子在真空管道中行進(jìn)產(chǎn)物核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)兩種類型加速器直線型圓環(huán)型核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)高壓直線加速器離子源電場(chǎng)靶物質(zhì)抽真空探測(cè)器做實(shí)驗(yàn)?zāi)芰縀=qV+世界上第一臺(tái)高壓倍壓加速器1932年核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)靜電加速器球形電極

能量

E=qV+E0直流電源靶物質(zhì)離子源出射粒子

北大4.5MV

單級(jí)靜電加速器V核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)北大4.5MV單級(jí)靜電加速器核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)串列靜電加速器+V-q1

加速負(fù)離子+q2

加速正離子⊙⊕

出射粒子能量E=∑Vqi+E0

若q1=1e,q2=ne則E=V(n+1)e+E0例如：V=1.5MV,n=2,E0=28keV

則E=(2+1)x1.5+0.28=3.28MeV⊙-q1

負(fù)離子

開(kāi)關(guān)磁鐵靶室偏轉(zhuǎn)磁鐵負(fù)離子源E0高電位E1=q1VE1=q2V低低電子剝離器核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)北大2×1.7MV串列靜電加速器

北大2×6MV串列靜電加速器核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)6為什麼需要對(duì)撞？

EF∝（E入射）1/2

EF

=

2E入射

固定靶

對(duì)撞束有效能量(EF):假若入射粒子能量E入射增大100倍固定靶

10倍（消耗于靶粒子反沖）對(duì)撞束200倍！對(duì)撞可以更多地提高粒子有效能量E入射E入射E入射核技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)E=MC2更高能量的粒子用于探索粒子內(nèi)部和產(chǎn)生新粒子

質(zhì)量和能量是等價(jià)的，粒子載有的能量可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)量，產(chǎn)生許多粒子。高能電子e+e-→

+