核辐射与防护基础ppt

核辐射与防护基础,1,引子,人类赖以生存的能量来自太阳核能每个人都是一枚放射源不必谈核色变,2,报告内容,辉煌历史原子核基本性质原子核结构概述原子核衰变剂量防护基本概念X射线防护基础知识射线防护基础知识射线防护基础知识带电粒子束防护基础知识中子防护基础知识放射性核素毒性分级,3,H.Becquerel,法国物理学家（1852-1908），1903年获得诺贝尔奖。发现了铀(U)放射现象，这是人类历史上第一次在实验室里观察到原子核现象。,辉煌历史,4,M.Curie，法国物理学家（1867-1934），波兰人，1903年获得诺贝尔奖。发现钋(Po)和镭(Ra);她的女儿(I.Joliot-Curie,1897-1956)和女婿(F.Joliot-Curie,1900-1958)因发现人工放射性获1934年诺贝尔奖。,5,E.Rutherford，英国物理学家(1871-1937)，新西兰人，1908年获得诺贝尔奖。证实了a射线为He2+，射线为电子；提出了原子的核式模型；首次实现人工核反应；培养了10诺贝尔奖获得者。,6,J.Chadwick，英国物理学家(1891-1974)，1935年因发现了中子获得诺贝尔奖。中子的发现被认为是原子核物理的诞生。,7,E.Fermi，意大利物理学家(1901-1954)，发明了热中子链式反应堆。1938年获得诺贝尔奖。,8,R.L.Mossbauer,德国物理学家(1929-1976)。1961年对辐射的共振吸收的研究和发现Mossbauer效应获诺贝尔物理学奖。,9,李政道、杨振宁发现了在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄的实验所证实。,李政道、杨振宁于1957年获诺贝尔物理学奖,10,丁肇中，(1936)与B.Richter,(1931)分别发现J粒子，找到了美夸克存在的证据，1976年获诺贝尔奖。,11,原子核的基本性质,原子核的组成原子核的大小原子核的质量和结合能原子核的自旋原子核的磁矩原子核的电四极矩原子核的统计性质原子核的宇称,12,一、原子核的组成,1、原子核,1909年E.Rutherford通过散射发现了原子核。,实验测量原子核的质量都接近于氢原子核质量的整数倍。,2、质子的发现,带单位正电荷的电量质量=氢原子质量,这个反应也是第一个人工核反应。,13,质子和电子说,A个质子和A-Z个电子，,原子核的电量和质量都可以解释，,但这不可能。,衰变中，电子的最大能量几个MeV，,这种设想是不正确的,14,1930年，W.Bothe等人用粒子轰击Li、Be等轻元素，发现一种贯穿力极强的辐射，当时认为是射线。,同年，居里夫妇重复实验，用源打Be靶，产生贯穿力很强的射线，并用此射线轰击石蜡，产生的反冲质子的能量最大可达5.7MeV，他们依然认为这种射线是射线。,根据康普顿散射的计算，相应的射线的能量为55MeV，但与实验实际测得的能量不符。,查德威克在居里公布实验不到一个月的时间里，宣布发现中子。查德威克在1935年获得诺贝尔奖。,质子中子结构,一个原子核是由Z个质子和N=A-Z个中子组成，,质子和中子统称为核子，海森伯认为，它们是核子的两个不同状态。,3、中子的发现,15,4、术语,1)核素（nuclide）特定中子、质子数；特定的能态(一般为基态)。,2)同位素(isotopes)相同的质子数，不同中子数,3)同中子异荷素（isotones）相同的中子数,4)同量异位素（isobar）相同的核子数,5)同质异能素（isomer）中子数质子数相同，但能态不同。,6)偶A核偶偶核（e-e核）；奇奇核（o-o）核；奇A核偶奇核（e-o核）；奇偶核（o-e）核。,16,5、核素图,Z（质子数）-N（中子数）的直方图,17,特点：,)核素图包括300多个天然存在的核素（其中稳定核素280多个，放射性核素30多个及1600多个人工放射性核素。,)稳定同位素几乎全落在一条光滑的曲线，稳定曲线在轻核靠近ZN线，而对重核则偏离ZN线。,稳定线的经验规律：,18,3）偏离稳定曲线上方的核素为缺中子，易发生衰变和轨道电子俘获；下方的核素为丰中子，易发生衰变。,4）理论预言：Z=114附近有超重元素稳定岛。,19,二、原子核的大小,经验拟合半径,核力作用半径,20,三、原子核的质量和结合能,1、原子核的质量,1960年物理学国际学术会议决定用12C的原子质量的1/12作为原子质量的单位，记作u。,1u=1.660540210-24g,1u相对应的能量为：1uc2=931.49432MeV,原子核的质量,质量亏损：,21,2、结合能,当若干质子和中子结合成一个核时，由于是核力的作用，将释放一部分能量叫结合能。,原子核的结合能要比原子的结合能大得多，,氢原子的结合能EH=13.6eV,当一个质子和一个中子组成一个氘核时，,mp+mn-md=0.00239u=2.225MeV,电子的质量me=511keV,22,以原子质量M表示，且忽略原子的结合能，则,3.比结合能曲线,比结合能单位：MeV/Nu，Nu代表核子,比结合能的物理意义为原子核拆散成自由核子时，外界对每个核子所做的最小的平均功。或者说，它表示核子结合成原子核时，平均一个核子所释放的能量。,表征了原子核结合的松紧程度:,大，核结合紧，稳定性高；,小，结合松，稳定性差。,23,（1）比结合能曲线两头低、中间高，,比结合能曲线在开始时有些起伏，逐渐光滑地达到极大值（约8兆电子伏）,然后又缓慢地变小。,结合能小的核变成结合能大的核，即当结合得比较松的核变到结合得紧的核，就会释放能量。,24,（2）获得能量两个途径：,重核裂变,轻核聚变,原子反应堆与原子弹,氢弹,AEdL，,主要发生在L层，,60,剂量防护基本概念,粒子注量：进入单位截面积小球的粒子数能量注量：进入单位截面积小球的所有粒子总能量,61,剂量防护基本概念,质量减弱系数：反映经过单位质量厚度后，粒子损失几率质量能量转移系数：反映经过单位质量厚度后，粒子能量转移为带电粒子能量的份额质量能量系数系数：反映经过单位质量厚度后，粒子能量被物质吸收的份额，g表示转移为韧致辐射的份额。,62,剂量防护基本概念,吸收剂量：单位质量受照物质所吸收的平均辐射能量。比释动能：不带电粒子在单位质量物质中释放出的全部带电粒子的初始动能之和。如果能够忽略轫致辐射，而且达到带电粒子平衡，则比释动能与粒子注量关系为：比释动能与能量注量关系为：（单能）（非单能）吸收剂量与比释动能关系为：,63,剂量防护基本概念,照射量：或射线在单位质量空气中，释放出的全部电子被空气阻止时，在空气中产生一种符号的总电荷量。照射量与粒子注量关系为：照射量与能量注量关系为：表示电子在干燥空气中每形成一对离子平均消耗的能量根据在某物质中吸收剂量的表达式可以看出，在空气中吸收剂量，在某物质中吸收剂量为为换算因子。,64,65,66,剂量防护基本概念（生物体）,剂量当量：单位是Sv=J/KgD是吸收剂量，Q是品质因数，N是修正因数，一般为1。危险度：表示器官或组织单位剂量当量诱发的癌症死亡率或最初二代严重遗传疾病的几率。有效剂量当量：为相对危险度权重因子,67,68,69,剂量当量限制,放射性工作人员在全身均匀照射情况下，随机性剂量当量限制为30mSv/a,非随机性剂量当量限制为150mSv/a（眼晶体），500mSv/a（眼晶体外的其他组织)。公众在全身均匀照射情况下，剂量当量限制为5mSv/a。特殊人群有特殊要求。,70,71,72,73,X射线防护基础知识,x射线机的吸收剂量率指数加速器x射线源吸收剂量率指数注：吸收剂量率指数是指直径为30cm，密度为1g/cm3的软组织球内的最大吸收剂量。,74,75,76,射线防护基础知识,吸收剂量率与照射量率之间关系为：点源的照射量率为过线源端点垂直距离上一点过线源中心垂直线上一点,77,78,射线防护基础知识,点源的吸收剂量率（Gy/h),79,射线防护基础知识,平面源的吸收剂量率,80,插表4.1,81,带电粒子束防护基础知识,82,83,84,中子防护基础知识,85,86,87,88,89,涉核技术,核能利用（可控利用-反应堆、非可控利用-核武器）核技术应用（核分析技术、核检测技术、核示踪技术、核诱变技术）,90,涉核行业,核物理、核技术及放射化学研究、核矿开采与浸出、核燃料分离与浓缩、核燃料加工与