放射性與輻射

關(guān)于放射性與輻射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2頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天物質(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(chēng)輻射。本質(zhì)：原子核的衰變過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的新同位素，又稱(chēng)放射成因同位素1.放射性第3頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(chēng)為放射性核素。射線的種類(lèi)：粒子輻射：射線，

射線，宇宙射線、中子等的輻射電磁輻射：γ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4頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(jiàn)，但能穿透光所不能穿透的物體（如黑紙）使照相底片感光。α，β，γ三種射線在磁場(chǎng)中的分裂

第5頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天世界上第一張X光照片1.放射性第6頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.核衰變類(lèi)型α衰變衰變?chǔ)盟プ兊?頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天α衰變（Alpha）:α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+α+QAZX→母核A-4Z-2Y→子核

α→出射粒子Q→能量例：22688Ra→22286Rn+42He（α）（鐳→氡）2.核衰變類(lèi)型第8頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天+++++++++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!!

衰變2.核衰變類(lèi)型第9頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天

衰變——241Am

237Np2.核衰變類(lèi)型第10頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天β-衰變(Beta-negatron)β射線:高速飛行的電子流，稱(chēng)為β粒子衰變通式：n→P+β-+Q+ν-AZX→AZ+1Y+β-+Q+ν-

β-：負(fù)電子n：中子

P：質(zhì)子ν-

：反中微子例：3215P→3216S+β

2.核衰變類(lèi)型第11頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天基本衰變——

衰變（動(dòng)畫(huà)）2.核衰變類(lèi)型第12頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天

衰變——3H

3He2.核衰變類(lèi)型第13頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天說(shuō)明：β-粒子實(shí)質(zhì)是電子，質(zhì)量為0.000549u,帶一個(gè)負(fù)電荷。β-粒子比核的質(zhì)量小幾千倍→幾十萬(wàn)倍，因此，β-粒子從原子核帶走的能量很少。β-粒子的能譜是一個(gè)連續(xù)值，Eβ-的值可以從0→最大值。E0是β-粒子的最大能量值，一般圖表上給Eβ-即是E0.2.核衰變類(lèi)型第14頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第15頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天β+衰變(Beta-pasitron)

P→n+β++Q+VAZX→AZ-1Y+β++Q+V

β+:正電子ν：中微子

2.核衰變類(lèi)型第16頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天正衰變——11C

11B2.核衰變類(lèi)型第17頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天+++++++++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+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(lèi)型第18頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.核衰變類(lèi)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19頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天γ衰變（Gammaraydecay）γ射線：波長(zhǎng)比X射線更短的電磁即光子流衰變通式：

AZXm→AZX+γ例

6027Co→6028Ni+

+γ+γ

鈷

11349In→11349In+γ

銦

2.核衰變類(lèi)型第20頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天+++++++++－中微子

光子2.核衰變類(lèi)型第21頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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(jí)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(guò)測(cè)量光子能量來(lái)區(qū)分母體的核素類(lèi)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(lèi)型第22頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天

衰變——3He

3He2.核衰變類(lèi)型第23頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天α衰變?chǔ)?衰變?chǔ)?衰變

衰變第24頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天電子俘獲（ElecteonCaptureEC）通式：

P+e-→n+νAZX+e-→AZ-1Y+Q+ν例：5526Fe+e-→5525Mn2.核衰變類(lèi)型第25頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天

質(zhì)子變成中子X(jué)射線電子俘獲2.核衰變類(lèi)型第26頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天電子俘獲——7Be

7Li2.核衰變類(lèi)型第27頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.核衰變類(lèi)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(chǎng)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(lái)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道改變而發(fā)射出的輻射第28頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天衰變形式放出射線原子序數(shù)變化原子質(zhì)量數(shù)變化

α42He-2-4β-e-(負(fù)電子)+10β+e+(正電子)-10γhν(光子)00Echν(光子)-103.放射性核衰變的結(jié)果第29頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天位移定則α衰變的反應(yīng)式為它表示在α衰變中，放射性元素X的原子核放出一個(gè)α粒子()，蛻變成一種新元素Y，其原子核的質(zhì)量數(shù)比原來(lái)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30頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天β衰變的反應(yīng)式為

它表示在β衰變中，原子核放出一個(gè)β粒子()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31頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天放射性元素因α衰變或β衰變而引起元素原子序數(shù)變動(dòng)的規(guī)則，稱(chēng)為位移定則。原子核進(jìn)行衰變時(shí)，核的能級(jí)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32頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.幾種射線的性質(zhì)4各種核射線的特點(diǎn)

第33頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天接上表：第34頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第35頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第36頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天多次衰變：A→B→C……S式中：S：穩(wěn)定性核素，其余具放射性。

例如：23892u→23490Th→23491Pa→23492u……206Pb

鈾釷鎂

鉛5放射系(radioactiveseries)第37頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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(chēng)級(jí)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(radioactiveseries)第38頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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39頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.1中子類(lèi)型

冷中子：En<0.025ev慢中子熱中子：En=0.025ev

過(guò)熱中子：En>0.5ev

共振中子：En=1eV—1keV中能中子：En：1Kev-0.5Mev快中子：En：0.5Mev-10Mev超快中子：En：20Mev—50Mev中子

第40頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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β衰變的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得中子的半衰期T1/2＝10.6min。與中子和物質(zhì)相互作用過(guò)程的時(shí)間相比，這個(gè)時(shí)間是很長(zhǎng)的。也就是說(shuō)，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1／2，磁矩為一1.9228μN(yùn)

。第41頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(zhǎng)λ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vn<<c時(shí)，有第42頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(zhǎng)和它所作用系統(tǒng)的相對(duì)大小。熱中子的波長(zhǎng)與固體原子之間的距離相當(dāng)，這種中子通過(guò)晶體時(shí)，其波性就很顯著?？熘凶拥牟ㄩL(zhǎng)與原子核大小同數(shù)量級(jí)，這種中子與物質(zhì)作用時(shí)，對(duì)核作用過(guò)程來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)出一定的波性。但對(duì)原子作用過(guò)程來(lái)說(shuō)其波性就可以忽略了。第43頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(lèi)：利用放射性核素產(chǎn)生中子：(α，n)型中子源；(γ,n)型中子源；自發(fā)裂變中子源第44頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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，α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)，(α,n)反應(yīng)。利用核反應(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45頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(guò)程稱(chēng)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(guò)剩還要進(jìn)行β衰變?；罨a(chǎn)物衰變時(shí)產(chǎn)生的發(fā)射性稱(chēng)為感生放射性。第46頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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60Co。60Co原子再進(jìn)行β衰變，同時(shí)發(fā)出γ射線，變成穩(wěn)定同位素60Ni（鎳）原子。這個(gè)過(guò)程可寫(xiě)成：

59Co

＋ｎ－→60Co

＋γ－→60Ni

＋β＋γ60Co是活化產(chǎn)物，它們衰變產(chǎn)生的β、γ射線即為感生放射性。第47頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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β衰變，并發(fā)出γ射線，變成穩(wěn)定的16O原子，即：

16O

＋ｎ－→16N

＋Ｐ

－→16O

＋β＋γ16N是活化產(chǎn)物，它們衰變產(chǎn)生的β、γ射線即為感生放射性。第48頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、原子核的衰變規(guī)律和放射性活度第49頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(shuō)明）

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第50頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.原子核衰變的基本規(guī)律說(shuō)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(lái)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=-λNdt

衰變常數(shù)：λ為比例恒量，只與元素本身性質(zhì)有關(guān)，與外界條件及核素本身的化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，反映原子核衰變的快慢程度第51頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.原子核衰變的基本規(guī)律積分，lnN=-λt+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(méi)有衰變。第52頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天放射性活度（radioactivity),簡(jiǎn)稱(chēng)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：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53頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天單位：秒的倒數(shù)(S-1)

SI單位專(zhuān)名：貝可勒爾（Becquerel)，簡(jiǎn)稱(chēng)貝可，符號(hào):Bq，每秒一次核衰變，1Bq=1s-1

2.放射性活度第54頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.放射性活度放射性活度減小規(guī)律:

（說(shuō)明）

式中，表示t時(shí)刻核素的放射性活度是多大。第55頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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，故加一負(fù)號(hào)），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56頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.放射性活度單位放射性活度的專(zhuān)用單位為居里(Curie)，簡(jiǎn)稱(chēng)居（C或Ci）:1居里(Ci)=3.7×1010/秒(dps)1毫居(mCi)=10-3居(Ci)1微居(μCi)=10-6居(Ci)1納居(nCi)=10-9居(Ci)1皮居(pCi)=10-12居(Ci)第57頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.放射性活度單位國(guó)際單位制：貝可勒爾：簡(jiǎn)稱(chēng)貝可，符號(hào):Bq，每秒一次核衰變1Bq=1s-1

1Bq=2.7×10-11居里第58頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天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（specificradioactivity)

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(lái)描述放射性比活度，