【学习课件】第一讲-辐射科学-lessen-1-ra

1、核工程导论 饶德林核科学与工程学院辐射科学Radiation Science编辑课件核动力工程核动力工程概论部分主要概述性地介绍当今和未来世界能源结构；核能的地位、发展概况与前景核动力以及核能的一些基本知识。辐射科学辐射科学发展的历史背景；辐射科学的基础知识，同步辐射；核技术应用等编辑课件辐射科学辐射科学：综合性学科包括辐射物理、辐射化学、应用辐射化学和辐射工艺学、辐射生产学等 参考书： 辐射及其安全防护技术 TL7/22 核科学概论 TL/13编辑课件主要内容一、有关辐射的基础知识二、同步辐射及应用三、辐射应用课件下载：/User：raode Password: public编辑课件一、有关

2、辐射的基础知识（一）辐射（二）放射性与辐射（三）射线与物质的相互作用（四）辐射常用的物理单位（五）辐射的防护编辑课件（一）radiation 辐射What is radiation?编辑课件Radiation is a very general term, used to describe any process that transmits energy through space or a material away from a source. 简单的说辐射是一种能量传递All life is dependent on small doses of electromagnetic rad

3、iation. For example, photosynthesis and vision use the suns radiation编辑课件为什么谈辐色变？看不見摸不到闻不到没有感觉编辑课件懂的人不怕辐射可测量，且很容易量它会衰减距离平方成反比随时间衰减它不会增生：不像SARS自然界原就存在编辑课件LNT理论: （Linear No-Threshold） “线性无阈值理论” 认为任何剂量的核辐射都有害于健康。核辐射的剂量与其对生物体造成的损害程度呈一种线性关系，因而只有当核辐射的剂量为零时，才不会对生物体造成损害。反对面：“小剂量辐射无害”的观点有科学家指出，核辐射对生物体的损伤剂量存在

4、一个非零界限，低于这一点的核辐射不但不会对生物体产生伤害，甚至可能有益于机体健康。编辑课件Ionizing & Non-Ionizing Radiation电离与非电离辐射Radiation that has enough energy to move atoms in a molecule around or cause them to vibrate, but not enough to remove electrons, is referred to as non-ionizing radiation.Radiation that falls within the ionizing ra

5、diation range has enough energy to remove tightly bound electrons from atoms, thus creating ions. This is Ionizing Radiation.P11编辑课件RadiationNonionizingUltraviolet, visible, infrared, microwaves, radio & TVIonizingRadiation capable for producing ions when interacting with matter x-rays, alpha, beta,

6、 gamma, cosmic raysDissociation in Chemistry编辑课件辐射分类编辑课件辐射能谱编辑课件Electromagnetic Spectrum10-1410-1210-1010-810-610-410-21102104106108Wavelength in Meters1010108106104102110-210-410-610-810-1010-1210-14BroadcastShort waveTVFMRadarInfraredNearFarVisibleUltravioletX RaysGamma RaysCosmic RaysPower Transm

7、issionIonizing RadiationNonionizing RadiationEnergy - Electron VoltsHighLow编辑课件189518961898189919321953德国物理学家伦琴发现X光法国物理学家贝可发现、射线居里夫人自天然铀矿寻得钋与镭二种放射线元素卢瑟福发现放射性元素“钍”查德威克发现中子利用钴六十治疗癌症首先被引用辐射（放射线）的发现史编辑课件P17编辑课件（二） radioactivity and radiation 放射性与辐射P18编辑课件1 放射性(radioactivity)：放射性衰变某些物质是由不稳定的原子组成，它们能够自发地转

8、变成较稳定的原子，并伴随着某种射线的释放过程能够释放出射线的现象称为放射性（辐射）编辑课件2 辐射类型(radiation type)2-1 辐射(alpha radiation)：氦原子核，带2个正电荷，质量数4u特点：带正电荷、质量大、电离能力强、射程短P20编辑课件+从母核中射出的4He原子核 粒子得到大部分衰变能238U4He + 234Th放射性母核!衰变编辑课件衰变241Am 237NpAm 镅 英文名称: Americium 原子序数:95 Np 镎 英文名称:Neptunium 原子序数:93 P22编辑课件Alpha Emitters编辑课件2-2 辐射(beta radia

9、tion)： 由原子核里发射出来的高速运动电子，带1个负电荷，质量为1/1840u 特点：带1个负电荷、射程较大、较易电离、射程较大 两种形式：+(e+)、 -(e-)P24编辑课件基本衰变衰变P25编辑课件+发生原因母核中子或质子过多质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷+反中微子中微子 三种子体分享裂变能因此电子具有连续能量衰变编辑课件Beta Emitters编辑课件2-3 辐射(gamma radiation)：由原子核里发射出来的一种电磁辐射，不带电荷特点：不带电荷、具有波粒两相性、不易电离、射程大本质 波长短的电磁波速度 光速电荷 不带电荷

10、射出时的速度 相同 (光速)P28编辑课件+中微子光子编辑课件Gamma EmittersVery few pure gamma emitters but rays accompany &/or 198Gold-198 Au-198 Au*Treating lung pleura & peritoneal cancers胸膜和腹膜癌198 198 Au Au + 79 79Stable nucleus, same elementP30编辑课件Gamma Emitters (cont) 131Iodine-131 I-131 I 53*Treating thyroid cancer131 131

11、 I I + 53 53Stable nucleus, same element编辑课件 衰变- 衰变+ 衰变 衰变编辑课件Changes in the nucleus for alpha, beta andgamma radiationP33编辑课件Radiation PenetrationP34编辑课件2-4 中子辐射中子辐射主要由核反应产生，而不是核衰变产生中子不带电，与物质相互作用与其他射线不同P35按中子能量划分为 快中子、中能中子及热中子(l)快中子是指能量在0.1 MeV以上的中子。典 型的例子是重核裂变放出的大部分中子。(2)中能中子是指能量在1 eV到0.1MeV之间 的中子

12、。(3)热中子是指能量在leV以下的中子。它是由 高能中子经弹性散射而逐渐慢化下来得到的。编辑课件P36中子辐射通常是用人工的方法从原子核中释放出来的中子不带电，不存在库仑势垒的阻挡，几乎任何能量的中子同任何核素都能发生反应。中子进入原子核内引起核子反应（中子核反应neutron induced nuclear reaction），会释放大量的高能中子，高能中子具有杀伤力，会造成造血器官衰竭，消化系统损伤，中枢神经损伤等等。 编辑课件 3 电子伏特(electron volt) 辐射的能量单位，符号：eV， 1eV的能量相当于1个电子在通过1伏特电压时所获得的能量1电子伏特=1.60210-1

13、9焦耳 KeV=103eV MeV=106eV原子质量单位u=12C的1/12 E= mc2 1u=1.66*10-27kg 1u*c2=931.5MeV编辑课件4 放射性衰变机制(radioactive decay principle)4-1 衰变(alpha decay):不稳定的原子核释放出粒子，质子数减少2，质量数减少4衰变通式： AZX A-4Z-2Y+ +Q AZX 母核 A-4Z-2Y 子核 出射粒子 Q 能量例：22688Ra 22286Rn + 42He（） （镭 氡） （一般重核中发生， 粒子能量为常数）P38编辑课件4-2 衰变(alpha decay): 原子核中由于中

14、子过多而不稳定，一个中子转变为一个质子并释放出一个e-。相反一个质子转变为一个中子并释放出一个e+ 电子的能量是连续分布的，最可能的能量约为最大能量的1/3编辑课件-衰变通式：np+-+- - ：负电子 n：中子 P：质子 - ：反中微子例：3215P3216S+衰变: pn+例： 18F 18O+ +P40编辑课件4-3 衰变(alpha decay):原子核在发生衰变或衰变后重新排列时，以衰变释放出的多余的能量原子核的电荷和质量都保持不变， 原子核内部能量状态变低比较:同为电磁辐射， X射线来源于核外的电子跃迁（能量低）射线源于原子核本身高激发态向低激发态电子跃迁（能量高）P41编辑课件放

15、射性活度（radioactivity)，简称活度 (activity)意义：表示核素特征的一个重要辐射量定义：在给定时刻，处于一给定能态的一定量的某种放射性核素在dt时间内发生自发核衰变和核跃迁数的期望值dN除以dt： A=dN/dt dN在时间间隔dt内该核素从该能态发生自发核跃迁数目的期望值。即：单位时间内的核衰变数。5 放射性活度单位(radioactivity unit)编辑课件5 放射性活度单位(radioactivity unit)放射性活度减小规律: A：表示t时刻核素的放射性活度是多大 ：放射性衰减常数半衰期 ：当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间称为半衰期（T1/2）。衰变常数（）与半衰期有下列关系： P43编辑课件HALF-LIFE OF RADIOISOTOPES Time it takes for one half of a given amount of a radioactive sample to decayP44计算：铯137的半衰期30年，过多少年后剩1/16了？编辑课件单位： 秒的倒数(S-1) SI单位专