放射性 (Radioactivity).ppt

1、放射性 (Radioactivity),盧瑟福散射實驗(Rutherford Scattering Experiment),盧瑟福散射實驗(Rutherford Scattering Experiment),金箔 (gold foil),輻射放射源 (-source),顯微鏡 (microscope),硫化鋅屏幕 (zinc sulphide screen),/electromag/java/rutherford/,散射實驗的結果(Experimental Results),絶大部份的粒子(-particles)都沿直線穿過金箔(gold f

2、oil)。 少量的-粒子會發生偏轉(deflection)。 有個別的-粒子沿原路反彈。,/physics/b.maheswaran/phy1121/data/ch07/anim/anim0701.htm,盧瑟福原子模型(Rutherfords atomic model),整個原子大部份是空間(empty space)。 原子的所有正電荷(positive charge)和大部份的質量(mass)都集中在一個細小的中心，稱為原子核(nucleus)。 原子核外，電子(electrons)圍繞著原子核運轉。,同位素 (Isotopes),同一元素的原子核

3、(nucleus)內，有相同的質子數目(proton number)，但不同的中子數(neutron number)，稱為同位素。 同位素有相同的化學性質(chemical properties)，但不同的物理性質(physical properties)。,氫(Hydrogen),氘 (Deuterium),氚 (Tritium),放射現象(Radioactivity),1986年法國物理學家貝克勒爾(Henri Becquerel)發現鈾鹽會放出一種射線，能令照相底片感光。此現象稱為放射現象。,核輻射的種類(Types of Nuclear Radiation),-輻射(-radiatio

4、n) -粒子即是氦原子核(Helium nuclei)，由兩粒質子(protons)和兩粒中子(neutrons)組成。 符號是,-輻射(-radiation) -粒子即是電子(electrons)。 -符號是,-輻射(-radiation) -輻射是一種電磁波(electromagnetic waves)。 波長範圍約為10-11 10-13 m 。,放射衰變(Radioactive Decay),放射性物質的原子核(nucleus)並不穩定，因此，原子核會透過放出、或輻射(radiation) ，令本身變得更為穩定(stable)。 這個過程稱為放射衰變或蛻變(disintegration

5、)。 放射衰變是一種隨機過程(random process)。 ,-衰變(-Decay),核素(nuclide)進行-衰變時，新核素的質量數(mass number)會減少4，而原子序數(atomic number)會減少2。 這個過程稱為嬗變(transmutation) 。 衰變過程可用以下方程式(equation)表示:,-衰變(-Decay),核素(nuclide)進行-衰變時，新核素的質量數(mass number)會維持不變，而原子序數(atomic number)會增加1。 進行嬗變(transmutation)時，原子核(nucleus)內的一粒中子轉變成為一粒質子(proto

6、n)及一粒電子(electron) 。電子會被釋放，而質子則留在核內。 衰變過程可用以下方程式(equation)表示:,-衰變(-Decay),當原子核(nucleus)的能量(energy)過多時,便會通過放出-輻射(radiation)來釋放能量. 衰變過程可用以下方程式(equation)表示:,放射衰變系(Decay Series),放射現象的探測(Detection of Radioactivity),擴散雲室(Diffusion cloud chamber) 火花計數器(Spark counter) 照相底片(Photographic film) 金箔驗電器(Gold-leaf

7、electroscope) 蓋革-彌勒管(Geiger-Mller tube),擴散雲室(Diffusion cloud chamber),酒精的霧點顯示輻射的徑迹(tracks) 。,氈環,透明膠蓋,海綿,乾冰,放射源,擴散雲室中的徑迹(Cloud chamber tracks),直角分义-徑迹,磁場中的-徑迹,火花計數器(Spark counter),將放射源移近火花計數器,金屬網會發出火花。,照相底片(Photographic film),輻射源能使底片曝光。,金箔驗電器(Gold-leaf electroscope),將放射源移近金箔驗電器，金箔會垂下來。,金箔下垂 The elect

8、roscope leaf falls,蓋革-彌勒管(Geiger-Mller tube),蓋革-彌勒管通常與定率計相連。 定率計的計數率顯示輻射的程度。,核輻射的致電離能力(Ionization power),-粒子的致電離能力最強，而-輻射的致電離能力則最弱。,-徑迹, -徑迹, -徑迹,核輻射在空氣中的射程(Range in air),電離空氣需要能量，核輻射會逐漸失去能量而停下來。 核輻射在空氣中所能傳播的距離稱為射程。 -輻射的射程最遠，而-輻射的射程則最短。, 5 cm, 5 m, 500 m,核輻射的穿透能力(Penetrating power),一張紙足以阻擋-輻射。 -輻射可穿

9、透紙張，但不能穿透5 mm厚的鋁板。 25 mm的鉛板只能吸收一半的-輻射。,核輻射在電場中的偏轉(Deflection by electric field),-粒子帶正電，因此向電場的負極偏轉 -粒子帶負電，因此向電場的正極偏轉。 -輻射不帶電，故不受電場影響。 -粒子的質量較 粒子小，故偏轉的幅度較大。,放射源,電場,-粒子,-粒子, -輻射,鉛塊,核輻射在磁場中的偏轉(Deflection by magnetic field),-粒子與-粒子以不同的幅度向相反方向偏轉。 -輻射不受磁場影響。,-粒子,-粒子,-輻射, ,放射強度(Activity),放射樣本(radioactive sa

10、mple)的放射強度是指在單位時間內，不穩定原子的衰變數目。,單位: 貝克勒爾(becquerel) Bq,放射樣本(radioactive sample)的放射強度表示 樣本的衰變速率。,放射強度的日常例子,成人,咖啡,果仁,啤酒,牛奶,煙霧探測器,花崗岩,鈾,自來水,半衰期(Half-life),放射性同位素(radioactive isotope)的半衰期就是該同位素有一半原子衰變(decay)所需的時間。 放射性同位素的半衰期也相等於它的放射強度(activity)減半所需的時間。,/physics/2000/isotopes/radioac

11、tive_decay3.html,本底輻射(Background radiation),本底輻射來自 外太空的宇宙射線 岩石和土壤中的天然放射物 空氣中的放射物質 人體本身 輻射塵 醫療診斷,輻射劑量(Radioactive dose),有效劑量(effective dose) 有效劑量是衡量輻射對人類健康的生理影響。 它的單位是希沃特(sievert, Sv)。 一般人一年內可承受的最高劑量約為5 mSv。,輻射的影響(Effect of Radioactivity),致命,不致縮短壽命,無顯著影響,增加患癌機會,放射同位素的應用(Applications of radioactive is

12、otope),醫學上的應用(In medicine) 工業上的應用(In industry) 農業上的應用(In agriculture) 考古學上的應用(In Archaeology),使用放射源的安全措施,使用適當的鉛製容器來存放放射源。 拿取放射源時，必須使用鑷子或專用的工具。 切勿將放射源對著人的身體，特別是眼睛。 與放射源保持一米以上的距離。,核裂變(Nuclear Fission),利用慢中子(slow neutron)撞擊鈾-235的原子核(nucleus)，鈾核便會分裂成為兩個較輕的子核，並放出中子。,+ 能量,鏈式反應(Chain Reaction),鈾原子核分裂時，會放出兩

13、至三粒中子。這些中子又再撞擊其它鈾原子使其繼續裂變，結果產生鏈式反應。,核反應堆(Nuclear Reactor),混凝土防護層,反應堆,反應堆壓力容器,核燃料,控制棒,高壓水循環系統,蒸汽鍋爐,渦輪,發電機,冷卻塔,核聚變(Nuclear Fusion),兩個質量較小的原子核結合成為一質量較大的原子核，同時放出大量的能量。這個過程稱為核聚變。,能量,核子武器,利用核反應的光熱輻射、衝擊波和感生放射性造成殺傷和破壞作用，以及造成大面積污染，阻止對方軍事行動以達到戰略目的的武器。 原子彈 氫彈 中子彈,醫學上的應用(In medicine),放射療法(Radiotherapy),示蹤物(Tracer),消毒(Sterilization),心臟起搏器(Pacemaker),工業上的應用(In industry),厚度計(Thickness gauge