放射性基础知识课件.pptx
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1、放射性基础知识,安东尼亨利贝克勒尔,安东尼亨利贝克勒尔(Antoine Henri Becquerel,18521908),法国物理学家。,经过研究表明,它是由三种成份组成的:一种是高速运动的氦原子核的粒子束,称为射线;另一种是高速运动的粒子(电子)束,称为射线;第三种是波长特别短的电磁波,称为射线;以上三种射线,由于它们的电离作用贯穿本领,在工业、农业、医学与科学研究重要的应用。,1896年他发现了自发放射性。1903年获一半诺贝尔物理学奖。他发现铀盐能放射出穿透力特别强的,并能使照相底片感光的一种不可见的射线。放射性强度单位:Bq、,玛丽居里,玛丽居里(Marie Sklodowska C
2、urie,1867-1934年)出生波兰华沙,法国物理学家、化学家。,医学-肿瘤治疗,1898年7月,他们在沥青铀矿中发现两种元素,先把其中一种元素命名为钋,以纪念居里夫人的祖国波兰。1898年12月,他们又把另一种元素命名为镭。原放射强度单位:Ci。1903年因发现天然放射性做出的杰出贡献而获诺贝尔物理学奖。1911年,诺贝尔化学奖。,辐射指的是能量以电磁波或粒子的形式向外扩散。非电离辐射:非电离辐射包括低能量的电磁辐射。有紫外线、光线、红内线、微波及无线电波等。它们的能量不高,只会令物质内的粒子震动,温度上升。,一、电离辐射,电离辐射:能量高、使物质发生电离作用的辐射电离辐射形式:粒子辐射
3、,如、中子等;波的辐射,如x、射线等。,电离辐射,电离与非电离辐射,二、放射性,放射性某些元素的原子通过核衰变自发地放出射线的性质,称为放射性。一种元素的原子核自发地放出某种射线而转变成别种元素的原子核的现象,称作放射性衰变。能发生放射性衰变的核素,称为放射性核素(或称放射性同位素)。,电离辐射的标记,1946年由美国加利福尼亚大学 伯克利分校的辐射实验室设计 出来,最开始的图案底部颜色 为蓝色,辐射标记为洋红色。采纳蓝色做背景是因为在使用放射性物质的房间墙壁或工作台特别少是蓝色的,在这种场合下蓝色比较容易识别;采纳洋红色是它不同于常见颜色,同时当时这种颜色的颜料价格昂贵,其他标志特别少会采纳
4、这种颜色,不易混淆,1948年美国橡树岭国家实验室的Bill Ray与George Warlick与伯克利大学的学者们共同设计出新的黄黑两种颜色的标准电离辐射标志。这个标志中有两层含义(个人理解)同位素是不稳定的同位素是双刃剑,由于核工业的发展,普通人接触到核辐射的估计性逐渐增多,其中大多数人对上述电离辐射标志不熟悉,为此,国际标准组织(ISO)与国际原子能机构(IAEA)于2007年推出新标志:,该标志采纳了表示危险的红色背景,在传统的三扇叶电离图案下方画出五条标识电离辐射的含箭头波纹线,并在波纹线下方标出骷髅与交叉腿骨图案,逃离图案,该方案通俗易明白,正在逐步取代传统标志。,放射性的种类,
5、射线,也称 粒子:氦原子核,带正电荷,能量一般为4-6MeV,速度接近光速的1/10。穿透能力特别小,然而其电离能力特别强,在穿过空气时就能够把空气电离。射线:射线是高速运动的电子流,是负电子组成的;后来又发现另一种射线,带正电,不管是正电子依然负电子的质量都是电子的质量。约为 粒子1/7300。能量是连续分布的,从最低能到最高能都有。电离比 粒子弱,但也能使空气电离。,射线:是一种波长短、能量大的电磁波。它从原子核里面发出来,不带电,以光速运动。射线能量一般在几十KeV至几MeV,穿透力特别强。温度、压力及电磁场不影响 核素的放射性。常用射线除了上述的三种射线外,还有X射线,中子等:X射线:
6、主要来源于原子核外电子从高能级到低能级的跃迁(称为特征X射线)以及电子的轫致辐射。中子:主要来源于核裂变以及一些特别的核反应。,放射源,放射源,放射源,中子放射源,衰变:原子核自发地放射出粒子而转变成另外一种原子核的过程,叫做衰变。经过衰变以后,子核的质量数比母核减少4,原子序数减少2,其衰变式如下:射线实际上就是带两个正电荷的氦-4原子核质量数A小于140的原子核不具有放射性,能够发生衰变的与原子核都为重核。,原子核衰变及类型,衰变:原子核自发地放射出电子或正电子或俘获一个轨道电子而发生的转变统称为衰变。原子核的衰变有三种形式。它们是-衰变、+衰变与电子俘获,其表达式分别为:-衰变:衰变后原
7、子核的一个质子变成中子+衰变:EC:衰变后原子核的一个中子变成质子,跃迁:处于较高激发态的原子核要向较低能级跃迁,跃迁过程中释放出 射线,因此这种跃迁称为跃迁。跃迁可不能导致核素的变化,而只改变原子核的内部状态,因此跃迁的子核与母核,其电荷数与质量数均相同,只是内部能量状态不同而已。,射线:是一种波长短、能量大的电磁波。它从原子核里面发出来,不带电,以光速运动。射线能量一般在几十KeV至几MeV,穿透力特别强。温度、压力及电磁场不影响 核素的放射性。常用射线除了上述的三种射线外,还有X射线,中子等:X射线:主要来源于原子核外电子从高能级到低能级的跃迁(称为特征X射线)以及电子的轫致辐射。中子:
8、主要来源于核裂变以及一些特别的核反应。,三、放射性衰变,原子核发生衰变时,母核由于不断生成子核,因此随着时间t的增加,母核数目将不断减少。通过大量的测量得出,任何一种放射性核素衰变都遵从下面的指数衰变规律:No为起始时刻(t=0)放射性原子核的数目。N为t时刻放射性原子核的数目,为衰变常数。,以222n(常称氡射气)的衰变为例,把一定量的氡射气单独存放,在大约4天之后氡射气的数量减少一半,经过8天减少到原来的1/4,经过12天减到1/8,一个月后就不到原来的1/100了。,与放射性衰变相关的参数,衰变常数半衰期平均寿命,衰变常数,上式中常数称之为衰变常数,是表征原子核发生衰变或发生同质异能跃迁
9、几率的一个常数,量纲是时间的倒数(s-1,min-1,d-1,a-1)。显然,的大小决定了放射性核素衰变的快慢,越大,衰变越快;越小,衰变越慢。,半衰期 放射性原子核数衰减到一半所需的时间。用T1/2表示,量纲:年(a)、天(d)、小时(h)、分(min)与秒(s)。不同的放射性核素T1/2的差别估计特别大,如:238U:T1/2=45108a,镭衰变产生的氡-222(室内监测项目),T1/2=3、825d。,平均寿命 平均寿命是指放射性原子核平均生存的时间。,T1/2与的关系:T1/2=ln2/=0、693/,可见T1/2与成反比关系,即T1/2愈长,衰变常数就愈小;T1/2愈短,愈大。如
10、23892U的=4、88310-18s-1,22286Rn(氡)的=2、09610-6S-1。,平均寿命与、T1/2的关系,从放射性衰变的指数规律,可知某一放射性核素,当经过n个T1/2以后,则尚未衰变掉的核数仅为原来核数的(1/2)n,从而能够明白该放射性核素的现存量。如出厂活度为100mci钴-60放射源,其半衰期为5、27年,经过若干年后的现存活度为:3、2年后:65、65mci;5、27年后:50mci;10、6年后:25mci;15、27年后:13、43mci。,射线与物质的相互作用过程,本质上是能量的转移与吸收的过程。一方面射线能量不断损耗,另一方面,物质吸收射线的能量,产生电离与
11、激发。电离辐射是由直截了当或间接电离粒子或由两者混合组成的任何辐射。直截了当电离粒子是那些具有足够大的动能,以致通过碰撞就能引起物质电离的带电粒子,如电子、射线、质子与粒子等。间接电离粒子是能够使物质释放出直截了当电离粒子或引起核变化的非带电粒子,如光子、中子等。,四、电离辐射与物质的相互作用,带电粒子在物质中的射程(Range):带电粒子在某种物质中沿着入射方向从进入到最后被物质吸收所经过的最大直线距离,称为带电粒子在该物质中的射程。射程的大小:与粒子的种类、初始能量以及吸收物质的性质有关。,电离辐射与物质的相互作用,粒子与物质的相互作用,粒子一般由质量较重的放射性原子核发射,能量不连续,通
12、常为4-9MeV。粒子通过物质时,能量转移的主要方式是电离与激发。5Mev的粒子空气中射程约3、5cm,铝金属中23m,粒子外照射可不能对人体造成伤害;在体内,由于其能量会全部被组织与器官吸收,内照射的危害要重视。,粒子与物质的相互作用,粒子,在同一物质中的射程要比粒子长的多。粒子穿过物质时,有明显的散射现象,其特点是粒子的运动方向发生了改变。当运动方向发生大的改变时,粒子的一部分能量会以X射线的形势辐射出来,这种辐射叫作轫致辐射。轫致辐射的强度与阻止物质的原子序数Z的平方成正比,还与射线的能量成正比。,粒子径迹是一条直线 5、3 MeV粒子在空气中 的射程3、83 cm,电子径迹是折线,粒子
13、与物质的相互作用,对射线屏蔽要用原子序数比较低的物质,如有机玻璃与铝材料,以减少轫致辐射份额。放射活度及能量较高的辐射源,屏蔽轻材料在前重元素材料在后,以屏蔽轫致辐射。,光电效应,自由电子,作用机制光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子,光子本身消失了。+A A*+e-(光电子)原子 A+X 射线,原子,受激原子,康普顿效应:与一个轨道电子碰撞,光子部分能量给电子,产生反冲电子,光子带走其余的能量。,电子对效应能量1、02 MeV 的射线与原子核作用估计产生一对正-负电子。,M M+e+e-1+2 1、02 MeV me me
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