核辐射测量方法-第一章

核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,第一章 核辐射测量基础知识,核辐射 (nuclear radiation ) 核的变换 nuclide transformation 来源 粒子加速器 particle acceleration 宇宙射线 cosmic ray from outer space 产生机理角度,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,地-空界面上伽玛射线的来源 从空间分布角度,人工放射性 7.2%大气核试验核工业与核技术应用核医学诊断,陆地放射性 80.0%铀系列核素钍系列核素钾-40其它核素,宇宙射线 12.8%电离成份 10.5%中子 2.3%,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,一些核辐射的特征:,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,2 核辐射的分类 快电子 带点粒子辐射 重电子粒子 ray 电磁辐射 x ray 非带电辐射 中子,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,辐 射 源,1 快电子源 fast electron source 1.1 衰变 beta decay 反应式 initial final antineutrinos nuclide nuclide反冲核（recoil nuclide ) : E几乎为0 小于电离阈能中微子： 与粒子分配衰变能Q值。粒子的能量是连续的缺点：不是单能电子源（monoenergetic electrons),核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,1.2 内转换电子 internal conversion 过程： 衰变 母核 能量是单能的,母核：处于激发态,发射光子,内转换,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,1.3 俄歇电子 Auger electron 特征x射线原子壳层中的电子空位 俄歇电子特点：能量较小,入射粒子,光电子,特征X射线,俄歇电子,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,1.4 电子加速器 Accelerator 灯丝加热是丰富的电子源 电子从表面逸出时，起能量小于1ev 电压差 电子获得的能量 1 V 1eV 1000V 10keV 2000V 20keV 大型电子加速器能加速到几 MeV,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,2 重带电粒子源 2.1 衰变 Alpha decay 特点：1）能量单一 5.358Mev 2）封装薄 0.09% 金属箔 0.143 5.456Mev 28% 0.043 5.49Mev 72%,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,2.2 自发裂变 spontaneous fission 原则上所有重核都可能自发地裂变成两个轻核碎片。 超铀元素自发裂变几率高 动量守恒原理 两个碎片相向发射 能量由两碎片带走 伴随产生中子 、 射线,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,电磁辐射源 3.1 伴随衰变的辐射 x rays following beta decay 射线的产生： 受激态原子核向较低能级跃迁时产生 22Na 1） 发生的时间 ns级以下 EC10% 2）单能 + 90% 3）衰变的半衰期较长 1.274 excided nuclide state 4） 核的退激 1 transformation ground state,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,3.2 湮没辐射 Annihilation radiation 与-衰变相伴随 正电子失去动能之后与负电子相结合产生两个方向相反的0.511MeV的光子。 湮没辐射的时间极短。 0.511MeV的光子与原辐射在探测器中相叠加形成能量较大的光电源。 一般+源的封装材料都能阻止正电子。,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,3.3 伴随核反应产生的射线 follow nuclear reaction 例如： Er =4.44Mev 时间长 21011s 单能,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,3.4 轫致辐射 1） 产生：高速电子受核库仑场阻止而改变方向产生 2） 连续谱 continue spectrum 从 0E max （最大电子能量）,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,3.5 特征x 射线 产生： 原子壳层电子跃迁- 原子退激 时间ns级 Auger electron 竞争过程 荧光产额 fluorescent field 光子能量 产生方式： a) exciting by Radioactive decay 电子俘获 electron capture 内转换 internal conversation b) 外部辐射激发 excited by external radiation c) 同步辐射 synchrotron radiation,放射性的历史放射性(radioactivity)这一名词首次首次被利用是Marie Curie。在1898,她首先用来描述能发出电离辐射(ionizing radiation)的物质的外部特征,进一步证明了电离辐射与电磁辐射的差别。 放射性的最早研究者：伦琴（Roentgen); 1895年，伦琴用阴极射线（电子束）在放电管壁上的作用产生x射线（x ray)。首先发现放射性：1896年，贝可勒尔(Becquerel)发现铀矿石使胶卷暴光，称之为radiation actives。,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,1898年，施密特发现钍（Th）具有与铀矿石相同的特征。 1899年，卢瑟福（Rutherford）和欧文斯（Owens）发现 射气（emanation)现象。 1901年，Pierre 和Marie Curie发现镭（Ra）之后又发现了 钋（Po）。通过研究铀钍矿石的放射性，发现 Ra比铀钍具 有更强的放射性，于是从沥青中提炼出镭 1903年， Becquerel 和Marie Curie夫妇分别获得物理诺贝 尔奖。 1911年， Marie Curie 获得化学 Nobel Prize for isolatiing radium（ Pierre died in 1906）。 Marie Curie died in 1934 at the age of 67 years as a result of prolonged exposure to radioactivity Ra.,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,1911年，卢瑟福（Rutherford）用射线轰击各种原子， 观测到射线发生偏折，从而确定了核结构，并提出了原 子结构的行星模型，从而奠定了原子结构和原子核结构的 研究基础。 此后不久，玻尔提出了原子的壳结构和电子在原子中的运 动规律，同时建立了描述微观世界的量子力学。 1919年，在卡文迪许实验室，实现了人工核蜕变核反应， 它是用粒子轰击氦核能放出质子，反应式如下： 1932年，发现中子（neutron)。 1934年，人工放射性核素合成成功。,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,单位和定义 (unit and definition ) 1. 放射性活度 放射性核素的衰变率 单位: /s Becquerel(国际单位) Curie (Ci): 1g 纯Ra的活度 1Bq=3.71010 Ci 放射性比活度 specific activity 描述单位质量的放射性同位素样品的放射性活度 specific activity=,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,能量 energy 传统: 电子伏(eV ) KeV MeV 一个电子经过1伏电压差加速所达到的动能 国际单位SI: 焦耳 J joule 1 eV =1.60210-19 J 光子能量与辐射频率的关系:,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,辐射照射量 在辐射防护中的物理量射线照射量 def: 射线在质量为dm的空气体积元内形成的次级电子 (负,正电子)完全被阻止在空气中时所产生的电离电荷dQ X=dQ/dm SI 单位 库仑/kg C/kg 历史单位 伦琴 R 1R=2.5810-4 C/Kg 辐射量描述的是空间某一点(无源) 射线强度,是通过一定通 量的射线对空气体积元的作用来定义的.,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,基本问题 按x的定义,累计次级电子的电离电荷量一直到次级电子路径终止. 距单位放射活度的源在已知点的照射量(点源). a) 源足够小,能保持球形条件,光子通量不随1/d2而减小. b) x , 射线在源和测量点之间的空气或其他物质没有 吸收 c) 只有从源到测量点的光子才有贡献,忽略周围介质物 质中的散射光子 表示所有从辐射源发出的能量大于 的光子都对剂量有贡献.而能量小于 的光子由于吸收等而无实际意义。,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,典型同位素源的 值 Cesium 3.3 Cobalt -57 0.9 Cobalt -60 13.2 Radium-226 8.25 Sadium-24 18.4,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,吸收剂量 Absorbed Dose def: D= dE/dm SI单位： J/Kg Gray (G y)=1 J/Kg 废除单位： Rad(拉德)=100尔格/克 1 Gy= 100 Rad,核 技 术 与 自 动 化 工 程 学 院 葛 良 全 ,讨论问题两种不同的物质受到相同的射线照射量，则吸收剂量不一定相同。 原因：物理性质的变化诱发化学反应D是一定的辐射照射量在吸收物质中产生的化学和物理效应的适当量度。 介质：空气 射线 1C/Kg 34.5J/Kg(Gy) 测量介质中的