绪论及基础知识1(2011)-COPY.ppt

核地球物理,教师信息：地球物理与信息技术学院王南萍Tel:82321833E-mail:npwang,核?,核地球物理,目的通过本课程的学习，使学生了解核辐射探测及核地球物理的基础理论，掌握放射性测量的基本方法及常用仪器的使用，培养学生应用核地球物理方法技术解决矿产资源勘查、电离辐射环境监测与评价、以及地学相关实际问题的能力。,学时安排讲授：32实验：16（每个班分成两组）时间11-17周周五及周日考试方式闭卷,教材,核辐射场与放射性勘查程业勋等编地质出版社，2005（有不少印刷错误，请谅）,参考教材,1.核技术勘查吴慧山主编19982.放射性方法勘查章晔等编19903.氡及其子体测量吴慧山等19954.核方法原理及应用周蓉生1994,期刊杂志,5.AppliedRadiationandIsotopes6.JournalofEnvironmentalRadiation7.J.G.RJournalofGeophysicsReview8.EnvironmentalInternational9.JournalofNuclearScienceandTechnology(JNST),期刊杂志,10.核技术11.辐射防护12.物探与化探13.成都理工大学学报14.15.www.E(出版社）,为何要开设核地球物理？,应用,寻找铀资源放射性污染监测,教学方法原理仪器野外方法室内资料处理成图,何为地球物理？,地球物理是应用物理的原理研究地球的科学。,绪论,方法简介介质物性差异地球物理方法密度重力勘探磁性磁法勘探电性电法与电磁法弹性波速地震勘探放射性放射性勘探地球物理测井,异同点？,经典,近代,课堂讨论题,核地球物理方法与其他地球物理方法有什么不同？,方法特点,是一种地球物理场可在现场直接测定元素的含量，与其他地球物理方法明显不同,如何能测定元素含量？,基础理论和关键技术,核物理与地球化学理论核辐射探测技术,核地球物理方法，简称核物探，是应用原子核物理学、地质学、地球化学等学科的基础理论，通过核辐射探测的方法技术来研究地球介质中天然和人工的核辐射场及放射性核素活度的分布和变化规律，从而达到矿产资源勘查及解决地学、环境相关问题的一组方法。,绪论,方法发展简史方法分类方法的应用,发展简史（仪器）,20年代：电离室30年代：GM计数管40年代：50年代：闪烁探测器70年代：半导体Ge(Li)80年代90年代以来：半导体Ge，Si,发展简史（应用）,30年代：寻找油气40年代：寻找放射性矿产50年代：中国开始寻找铀矿70年代：累积方法出现80年代：寻找油气资源90年代：环境辐射评价21世纪初：大力发展铀资源勘查,方法分类,按空间位置分类1.航空放射性测量2.地面放射性测量伽马能谱测量氡及其子体测量3.井中（核测井）4.海洋（水下）放射性测量,方法分类,按方法分类1.天然放射性方法伽马测量氡及其子体测量2.人工放射性方法X荧光方法中子方法,应用领域,1.基础地质研究及地球化学研究（地质填图）2.寻找矿产资源铀、钍、油气、煤、金、稀土、钾盐3.在水文地质中的应用寻找冷热水资源,应用领域,4.在工程中的应用测定湿度和密度5.核测井伽马、密度、中子6.在环境科学中的应用天然辐射评价、核应急、核事故监测,第一章核地球物理理论基础,1.核衰变及放射性核素2.天然放射性系列3.放射性核素的衰变与积累规律4.放射性平衡5.放射性测量单位与标准源,1.核衰变及放射性核素,放射性同位素核衰变（4种）,原子与原子核(电、质量、尺寸),原子：原子核与电子等组成，显中性原子核：由中子与质子组成，质量几乎都集中在原子核，密度大约是1014克cm3原子核的半径：不到原子本身半径的110000原子质量：若以克为单位，则等于它的原子量除以阿伏伽德罗常数（6.021023),质子数:P中子数:N原子序数:ZZ=P原子质量数:A=Z+N,核素具有一定数目的中子及质子以及特定能态的一种原子或原子核称为核素,核素泛指各种元素的各种原子,包括Z相同A不同的原子,Z不同A相同的原子,Z、A皆不同的原子，以及Z、A相同核能态不同的原子。,同位素表示方法,A质量数，等于中子和质子的总和；Z原子序数。,同质异能素表示方法,处于较长寿命激发态的核素称为同质异能素。,113mIn和113In,同位素和同位素丰度,某元素中同位素天然含量的原子百分比称为同位素丰度234U、235U、238U分别为0.0055%,0.7200%和99.2745%,稳定同位素和放射性同位素天然放射性核素人工放射性核素是指非天然和自然界的因素生成的放射性核素，而是在反应堆、加速器或用粒子轰击靶物质生成，如131I，137Cs,60Co,有哪些衰变类型,衰变衰变衰变K电子俘获,放射性衰变的一般表达式,母核子核发射射线能量差,放射性衰变的基本类型,主要有三种基本类型：衰变衰变衰变,母核子核发射射线衰变能量226Ra222Rn+4He+4.78MeV(Z,A)(Z-2,A-4)(2,4)(88,226)(86,222)(2,4),衰变能在反冲核与粒子间按动量能量守恒分配原子核变化发射的载能的亚原子粒子放射性粒子。,1）衰变,2）-衰变母核子核-射线衰变能量14C14N+0e+(Z,A)(6,14)(7,14)(-1,0)(0,0)负电子反中微子,发生-衰变的原因：原子核中中子数太多,14C原子核中的中子发生-衰变，产生一个质子，一个负电子和一个反中微子中子-衰变：np+e-+,p,n,3）衰变,137Cs137Ba*（激发态）母核-衰变衰变137Ba+射线（661.7keV）子核（基态）（0.0）,光子是什麽？射线就是高能量的光子：几百keV-MeV量级衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在这个过程中发射射线，原子核能态降低。射线是高能量的电磁辐射光子,衰变粒子实际上就是氦核，带二个质子，二个中子，二个单位正电荷.,放射性核素的原子核中有一个中子转变成一个质子，并放出粒子的过程。-衰变粒子实际上就是电子流。,电子俘获,40K,40Ar,40Ca,1.46MeV(11%),1.32MeV(89%),第一章核地球物理理论基础,核衰变及放射性核素天然放射性系列放射性核素的衰变与积累规律放射性平衡放射性测量单位与标准源,自然界已发现的稳定同位素：100多个已发现的放射性同位素：2300多个,天然放射性系列,三个天然放射性系列天然放射性系列特征射线能量谱,要求总结特征：衰变类型、半衰期、射线能量、稳定同位素、质量数,放射性衰变系列,238铀系(4n+2)（掌握）232Th钍系(4n)（掌握）235锕铀系(4n+3)（了解）237Np镎系(4n+1)（p.3)（了解）,天然放射性系列的特征,起始母元素寿命很长，大于地球形成的年龄；最后一个稳定同位素都是铅的同位素；都有一个气态元素氡的同位素；质量数变化有一定规律；有若干个衰变子体,氡的子体是强,辐射体,238与235,共生丰度235仅占铀的0.7%238：234：235：1/1700：1/140铀235是重要的核燃料,圈定重要核素：U系238U,UX1(Th-234),226Ra222Rn218Po214Pb214Bi,Th系重要核素,232Th228Ac220Rn212Pb208Tl,天然放射性系列的射线谱,特征谱线理论谱和仪器谱,阅读3张表谱，谱和谱讲解表头：强度，份额，多能量粒子RaC，重要的辐射体,谱,半衰期短的放射性核素放出的射线能量大。,谱,粒子的能量形成连续谱，用最大能量表示。,谱,课堂练习依据表1-1-4-表1-1-5做出理论谱图总结特征,不成系列的天然核素,40K半衰期：a衰变类型：K电子俘获射线：-1.31MeV-1.46MeV,不成系列的天然核素,人工放射性核素,137Cs60Co241Am152Eu,人工放射性核素,中子源Am-Be252Cf,第一章核地球物理理论基础,核衰变及放射性核素天然放射性系列放射性核素的衰变与积累规律放射性平衡放射性测量单位与标准源,放射性核素的衰变和积累规律,放射性衰变放射性核素自发地发生核跃迁，转变为另一种核素的过程。衰变规律服从指数衰变规律。,放射性原子核个数随时间减少,-衰变常数，s-1,表示单位时间内某种放射性原子核发生衰变的几率,衰变常数和半衰期,衰变常数放射性核素在单位时间内发生核跃迁的几率，s-1。半衰期T1/2给定的同位素衰半到它的初始值的一半所需要的时间,衰变曲线,时间（半衰期）,时间（半衰期）,放射性衰变曲线N=N0e-t,N/N0(%),N/N0(%),放射性核素经过10个半衰期，就认为衰变完了。,放射性活度及其单位,活度,在给定的时刻，某一特定能态的一定量的放射性核素的活度A是dN除以dt所得的商，其中dN是在时间间隔dt内由该能态上发生自发核跃迁数的期望值。活度单位名称为贝可(勒尔)，表示为Bq，表示每秒核转变数(或衰变数)，称)(Bq)。1Bq表示放射性核素的核每秒衰变一次。,放射性活度及其单位,放射性活度(Becquerel贝可勒尔)：（专用单位SI）放射性核素的核每秒衰变一次。符号Bq,量纲：s-1,活度单位-居里,i1Ci=3.71010Bq,比活度,单位质量物质中放射性核素的活度Bq/gBq/kg,多个核素的递次衰变规律,掌握：2个相继核素的衰变Ra-Rn等了解：多个核素,课堂讨论Rn的衰变与积累,例：Rn从液体镭源的积累P.15Rn引入密闭容器中Rn及Rn子体的衰变与积累,第一章核地球物理理论基础,核衰变及放射性核素天然放射性系列放射性核素的衰变与积累规律放射性平衡放射性测量单位与标准源,放射性平衡,长期平衡暂时平衡,放射性平衡,长期平衡子核与母核的衰变率（活度）相等短期（动）平衡子核与母核的活度比值不变,讲图P.15图1-2-2讲图P.16图1-2-3讲图P.16图1-2-4,放射性平衡,系列平衡（定量计算理论基础）t大于子体半衰期最长的10倍以后,铀和钍系达到放射性平衡的时间,铀镭平衡系数,定义岩（矿）石中铀镭质量之比与平衡状态时铀镭质量之比称为铀镭平衡系数。公式：P.17,铀镭平衡系数的意义,铀镭平衡k=1偏铀：k1,放射性衰变规律的应用,放射源活度的计算与修正区分不同的同位素短寿命核素发生器“母牛”,一个铯源