核辐射物理及探测学讲义第(1)章
放射物理讲义01
第二章 放射性核素
衰变中的粒子数和能量守衡
衰变方式可用下式表示：以衰变为例
粒子数守衡：AZXA-4Z-2Y+42He 能量守衡：MXc2=MYc2+EY+mc2+E
用粒子数守衡和能量守衡定律作为判断一 种衰变是否可以发生的先决条件
第二章 放射性核素
衰变类型
• 衰变 原子序数大于82的原素都不稳定,会自发放出粒子或 自发地裂变，最后成为铅（Z=82） 镭是最典型的衰变。衰变钢图如下：
第三章 带电粒子与物质相互作用
一般特征
• 带电粒子与原子核外电子的弹性碰撞 入射带电粒子与原子核外电子的库仑场相互作用，使入 射粒子损失一部分动能，这不足以产生激发和电离。这 可以看作与原子核整体的相互作用。在E<100ev的电子 考虑此种效应
第三章 带电粒子与物质相互作用
一般特征
• 带电粒子与原子核的弹性碰撞 入射带电粒子与原子核库仑力相互作用，使入射粒子损 失的一部分动能转变为原子核的反冲动能，使原子发生 位移造成物质的辐射损伤
原子处于激发状态, 从而形成有一定寿命
的能级．
第一章 原子物理基本概念
能级
第一章 原子物理基本概念
• 特征X射线： 若原子激发发生在内壳层，如K，L…. 使电子离开原子而发射出去，形成内壳 层空穴，瞬时被外壳层电子填充，导致 辐射发生，产生特征X射线。
第一章 原子物理基本概念
• 束缚能： 壳层电子束缚能（或结合能）由于壳层 电子能级能量随主量子数n和轨道量子数 l的增大而增大，并且是负值，轨道电子 的结合能随n和1的增大而减小。对于同 一能级,束缚能随原子序数增大而增加。
• 重带电粒子：辐射损失可以忽略 S S = ()col • 电子：辐射损失和电离损失的相对重要性 S S ZE （ ）rad / ()col 800MeV Z:靶原子的原子序数 E：入射电子的动能
核辐射物理电子讲义第一章
核辐射物理及探测学辐射的定义（R a d i a t i o n）:以玻或运动粒子的形式向周围空间或物质发射并在其中传播的能量（如声辐射、热辐射、电磁辐射、α辐射、β辐射、中子辐射等）的统称。
通常论及的“辐射”概念是狭义的，它不包括无线电波和射频波等低能电磁辐射，也不包括声辐射和热辐射，而仅是指高能电磁辐射（光辐射）和粒子辐射。
这种狭义的“辐射”又称为“射线”。
按照其来源，辐射（射线）可以分为核辐射、原子辐射、宇宙辐射等，又可分为天然辐射、人工辐射等。
按照其荷电情况和粒子性质，辐射（射线）又可分为：带电粒子辐射，如α、p、D、T、±π、±μ、±e等；中性粒子，如n、ν、︒π等；电磁辐射，如γ射线和X射线等。
课程介绍：核辐射物理及探测学是工程物理系本科生的一门主干专业基础课。
本课程要使学生对于核辐射物理学、辐射探测器的原理、性能和应用以及探测辐射的基本理论与方法具有深入明确的了解，并具有创造性地灵活应用的能力。
经过后续实验课的学习，学生在辐射探测实验技术方面将进一步获得充分的训练。
核辐射物理及探测学是一门内容非常丰富与科学实验关系极其密切的课程。
核辐射物理涉及原子核的基本性质、各种辐射的产生、特征，辐射与物质的相互作用及微观世界的统计概率特性等，是核科学及核工程的基础。
辐射探测学是近百年来核科学工作者在实践中发明、发展的探测器与探测方法的归纳和总结。
通过课程学习应当培养学生掌握如何从实际出发分析问题、解决问题，以及如何综合应用基础理论和所学的各种知识的思维方法和能力，本课程中讲授的核辐射物理、辐射探测器与探测方法方面的知识，将为学生将来从事核能与核科学科研、生产、管理等工作打下良好的基础。
本课程主要由三部分组成：（1）核辐射物理学。
（第一章～第六章）这既是辐射探测的物理基础，又是其他专业课的基础。
22学时（2）辐射探侧器件与装置的原理、性能和应用。
（第七章～第十章）26学时（3）探测辐射的理论和方法。
原子核物理及核辐射探测学第一章-第三章习题参考答案
第一章 习题答案1-1 当电子的速度为18105.2-⨯ms 时，它的动能和总能量各为多少？答：总能量()MeV ....c vc m m c E e 924003521511012222=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-==；动能()MeV c vc m T e 413.011122=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--= 1-2.将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？答：α粒子的静止质量()()()u M m M m e 0026.44940.9314,244,224,20=∆+=≈-= α粒子的质量g u m m 2322010128.28186.1295.010026.41-⨯==-=-=βα1-4 kg 1的水从C 00升高到C 0100，质量增加了多少？ 答：kg 1的水从C 00升高到C 0100需做功为J t cm E 510184.41001184.4⨯=⨯⨯=∆=∆。
()kg c E m 1228521065.4100.310184.4-⨯=⨯⨯=∆=∆1-5 已知：()();054325239;050786238239238u .U M u .U M ==()()u .U M;u .U M045582236043944235236235==试计算U-239,U-236最后一个中子的结合能。
答：最后一个中子的结合能()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 774845126023992238922399222==⋅-+=()()()[]MeV .uc .c ,M m ,M ,B n n 54556007027023692235922369222==⋅-+=也可用书中的质量剩余()A ,Z ∆：()()()()MeV ....,n ,,B n 806457250071830747239922389223992=-+=∆-∆+∆=()()()()MeV ....,n ,,B n 545644242071891640236922359223692=-+=∆-∆+∆=其差别是由于数据的新旧和给出的精度不同而引起的。
核辐射探测复习资料(卢秉祯版)
核辐射探测第一章 核辐射及其探测原理1.1核辐射基本特性辐射和X 辐射都是电磁辐射。
辐射是核跃迁或粒子湮灭过程中发出的电磁辐射。
X 辐射是核外电子从高能级跃迁过程中产生的电磁辐射。
1.2探测带电粒子的物理性质探测原理：利用带电粒子在物质中对物质原子产生的电离或激发效应或快速轻带电粒子穿过物质时的电磁辐射效应。
带电粒子与物质的作用方式：带电粒子与核外电子的非弹性碰撞——电离与激发；带电粒子与原子核的非弹性碰撞——轫致辐射（带电粒子的速度和运动方向改变产生的电磁辐射）或切连科夫辐射(特定条件下物质产生定向极化而随之发出的电磁辐射)；带电粒子与原子核的弹性碰撞——弹性散射。
带电粒子的能量损失方式：电离损失和辐射损失。
EZ dx dE ion 2)(∝- 辐射长度om x 是电子在物质中由于辐射损失而使其能量减少到原来能量的1/e 时的物质度。
电子的电离损失率和辐射损失率之比：800.1600)()()(22Z E c m z c m E dx dE dx dE ee C ion rad =+≈-- 当电子电离损失率与辐射损失率一样时Z c E 800= 带电粒子与物质作用后不再作为自由粒子而存在的现象叫吸收，其中带电粒子从进入物质到被吸收，沿入射方向所穿过的最大距离叫射程。
对正电子的探测一般是通过探测湮没γ光子间接进行的。
1.3 X 和γ射线的探测原理：利用他们在物质中的光电效应，康普顿散射，电子对产生等产生的次级电子引起物质的电离和激发探测。
光电效应：光子被原子吸收后发射轨道电子的现象。
内层电子（K ）容易些，低能高Z康普顿散射：γ光子与轨道电子相互作用使得γ光子只改变方向而不损失能量。
2c m h e≈ν 外层电子发生概率大。
中能中Z 电子对效应：γ光子与原子核发生电磁相互作用，γ光子消失而产生一个电子和一个正电子（电子对）的现象。
22c m hv e≥且要原子核参加。
高能高Z 1.4中子探测方法两步：1.中子和核的某种相互作用产生带电粒子或γ光子；2.利用这些带电粒子或γ光子的次级带电粒子引起的电离或激发进行探测。
核辐射物理及探测学思考题
思考题第一章：1、如何用玻粒二象性及相对论关系论述原子核为什么必须由质子－中子组成？2、元素、核素、同位素等的定义有何差别？3、在有关原子核的结合能的概念中，结合能、比结合能、质量亏损、质量过剩之间有什么关系？4、原子核的核力半径与电荷半径其区别在哪里？5、α粒子的核子作用势和中子的核子作用势有什么差别？其库仑势垒的高度各为多少？6、试画出角动量量子数分别为1，2，3时的轨道角动量及其分量的示意图。
7、质子、中子和电子的自旋都为1/2，且已知N-14核的自旋为0，试证明原子核不可能由电子和质子组成，但可以由质子和中子组成。
8、什么是玻色子和费米子，哪一种须遵循泡利不相容原理？光子、中子、质子、电子及α粒子个属于哪一类？第二章：1、放射性衰变服从指数规律，说明衰变常数?的物理意义。
还有哪些参数来描述衰变的快慢，它们的关系是什么？2、多代连续放射性建立暂时平衡和永久平衡的条件是什么？在达到平衡时有什么主要的特点？3、试分析确定远期年代中地质放射性鉴年法的原理。
4、99Mo-99mTc母牛为什么构成暂时平衡系，分析其中tm的物理意义和实用上的重要性。
第三章：1、α衰变与β衰变的衰变能的定义是什么？2、如何由α粒子能量来确定子核的激发态的能级分布？3、如何解释β粒子的连续的能量分布？β衰变的费米理论的核心是什么？试分析在本章3.2例子的β衰变中跃迁的类型。
4、在核激发态的能级跃迁中存在哪两个竞争过程？发生内转换效应的后续过程是什么？内转换系数如何定义？5、如何由电磁辐射的多极性得到γ跃迁的选择定则？。
6、什么是无反冲共振吸收？作为穆斯堡尔核素应满足哪些条件，为什么？第四章：1、核反应过程中服从哪些守恒定则？宇称是否守恒？2、什么是放能核反应和吸能核反应？在吸能核反应中如何求阈能，采用质心系有什么优点？3、什么是Q方程？4、试述核反应截面的定义，并指出截面、微分截面、分截面、总截面及激发曲线之间的关系。
5、核反应的复合核模型的基本要点是什么？如何解释核反应的共振现象和(n,γ)反应的1/v规律？第五章：1、发生自发裂变的条件是什么？裂变能的定义是什么？2、如何来描述重核自发裂变和α衰变的概率的大小？3、由中子引起的诱发裂变中如何区分易裂变核素和非易裂变核素？如何计算阈能核裂变的阈能？4、慢中子的诱发裂变截面（即慢中子与易裂变核的核反应）的1/v规律是什么意义？并指出σ0和v0的物理意义及大小。
辐射探测学复习要点
辐射探测学复习要点辐射探测学复习要点第⼀章辐射与物质的相互作⽤（含中⼦探测⼀章）1.什么是射线？由各种放射性核素发射出的、具有特定能量的粒⼦或光⼦束流。
2.射线与物质作⽤的分类有哪些？重带电粒⼦、快电⼦、电磁辐射（γ射线与X射线）、中⼦与物质的相互作⽤3.电离损失、辐射损失、能量损失率、能量歧离、射程与射程歧离、阻⽌时间、反散射、正电⼦湮没、γ光⼦与物质的三种作⽤电离损失：对重带电粒⼦，辐射能量损失率相⽐⼩的多，因此重带电粒⼦的能量损失率就约等于其电离能量损失率。
辐射损失：快电⼦除电离损失外，辐射损失不可忽略；辐射损失率与带电粒⼦静⽌质量m 的平⽅成反⽐。
所以仅对电⼦才重点考虑辐射能量损失率：单位路径上，由于轫致辐射⽽损失的能量。
能量损失率：指单位路径上引起的能量损失，⼜称为⽐能损失或阻⽌本领。
按能量损失作⽤的不同，能量损失率可分为“电离能量损失率”和“辐射能量损失率”能量歧离(Energy Straggling)：单能粒⼦穿过⼀定厚度的物质后，将不再是单能的（对⼀组粒⼦⽽⾔），⽽发⽣了能量的离散。
电⼦的射程⽐路程⼩得多。
射程：带电粒⼦在物质中不断的损失能量，待能量耗尽就停留在物质中，它沿初始运动⽅向所⾏径的最⼤距离称作射程，R。
实际轨迹叫做路程P。
射程歧离(Range Straggling)：由于带电粒⼦与物质相互作⽤是⼀个随机过程，因⽽与能量歧离⼀样，单能粒⼦的射程也是涨落的，这叫做能量歧离。
能量的损失过程是随机的。
阻⽌时间：将带电粒⼦阻⽌在吸收体内所需要的时间可由射程与平均速度来估算。
与射程成正⽐，与平均速度成反⽐。
反散射：由于电⼦质量⼩，散射的⾓度可以很⼤，多次散射，最后偏离原来的运动⽅向，电⼦沿其⼊射⽅向发⽣⼤⾓度偏转，称为反散射。
正电⼦湮没放出光⼦的过程称为湮没辐射γ光⼦与物质的三种作⽤：光电效应（吸收）、康普顿效应（散射）、电⼦对效应（产⽣）电离损失、辐射损失：P1384.中⼦与物质的相互作⽤，中⼦探测的特点、基本⽅法和基本原理中⼦本⾝不带电，主要是与原⼦核发⽣作⽤，与γ射线⼀样，在物质中也不能直接引起电离，主要靠和原⼦核反应中产⽣的次级电离粒⼦⽽使物质电离。
第一章核辐射基本知识08
第一章：核辐射的基本知识第一节放射性现象放射性现象对于我们早已不陌生，岩石里、食物内、空气中，到处都存在放射性。
放射性现象就是不稳定的核素自发地放出粒子或γ射线，或在轨道电子俘获后放出X射线，或产生自发裂变的过程。
我们知道，原子由原子核和其外围绕的电子组成，原子核由质子及中子组成，质子与电子的数目相等，使原子呈中性。
通常用A Z X表示核素，X为元素的化学符号；A为质量数，等于质子和中子质量的总和，Z为原子序数，等于质子的数目。
例如氢有三个核素：氢、氖、氖，分别记作11H，21H，31H，它们是同位素。
同位素是质子数相同，而中子数不相同的核素。
从构成万物的一百多种元素来看，已经发现了2000多种核素，其中280多种核素是稳定的。
在不稳定的核素中有60多种是天然放射性核素，其中主要在Z＞83的元素里，而余下的为人工放射性核素。
天然放射性核素发生核衰变时，会放出α、β、γ射线，人工放射性核素还可以辐射出质子或中子等。
天然放射性核素自发地衰变，一般不受温度、压力的影响，并且按指数规律变化，若某时刻t时的放射性原子核数目为N（t）,则其与初始N0时具有的放射性原子核数目N。
之间有下面的关系：N（t）= N0e-λt（1-1）λ称为衰变常数，和原子核的性质有关，不同的原子核有不同的λ，衰变常数的物理意义是单位时间内一个原子核发生衰变的概率。
它反映的是衰变的速度，λ愈大，则衰变率愈大，衰变速度愈快。
通常用半衰期T1/2来表示衰变的速度或元素的寿命。
半衰期就是放射性元素原有的原子衰变一半所需要的时间。
例如238U的半衰期T1/2= 4．51*109a,从若原有1000万个原子，则经过4．51*109a后将剩下一半，约 500万个，再经过4．51*109a又剩下一半．约为 250万个；而不是经过一个半衰期剩下了一半，再经过一个半衰期的时间另一半就衰变完了。
实际上，历时10个半衰期，原有的原子还剩下于分之一左右。
第一章 原子核的基本性质
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（3）重要的常量
• 阿伏伽德罗常数——联系了宏观与微观 › NA=6.02214199×1023/mol • 普朗克常量——能量、角动量的量子化，不确定度关系 › h = 6.62606876×10-34J· s = 4.13566727×10-22MeV· s › ħ =1.054571596×10-34J· s = 6.58211889×10-22MeV· s • 真空中的光速——越微观，越高速，必须考虑相对论效应 › c =2.99792458×108m/s • 基本电荷——质子、电子、原子核的电荷量 › e =1.602176462×10-19C • 真空中介电常数 › ε0 =8.854187817×10-12F/m
• 粒子性：particles of light
– 1900：Planck，黑体辐射 – 1905：Einstein，光电效应
– de Broglie 1924年提出实物（静质量非0）粒子也具有波 粒二象性。
de Broglie wavelength:
h p
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物质波的实验证实
C60分子的 干涉图像
有关核物理的理论与实验工作对20世纪的物理学发展起到了重要的作用。 核物理所涉及技术的应用范围和影响，超过了其它任何学科。
……. No other field of science comes readily to mind in which theory encompasses so broad a spectrum, from the most microscopic to the cosmic, nor is there another field in which direct application of basic research contain the potential for the ultimate limits of good and evil. K. S. Krane, Introductory Nuclear Physics, P.2