核辐射物理及探测学
(完整版)原子核物理及辐射探测学1-4章答案
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 v c m mc E e 924003521511012222=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-==；动能 ()MeV c v c 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 M 045582236043944235236235==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。
核辐射物理及探测学
核辐射物理及探测学是一门研究原子核的科学，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。
该学科内容丰富，与科学实验关系密切。
核辐射物理及探测学的课程旨在使学生深入了解核辐射物理学、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，并具备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获得充分的训练。
核辐射可以分为核辐射、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）可分为：带电粒子辐射，如π、p、D、T、α、β等；中性粒子，如n、γ等；电磁辐射，如X射线和γ射线等。
在核辐射物理及探测学中，射线与物质的相互作用是一个重要的研究方向。
射线与物质相互作用的分类包括带电粒子辐射非带电粒子辐射、快电子e、重带电粒子（P、d、T）、电磁辐射等。
学习核辐射物理及探测学，可以帮助我们更好地理解辐射及其探测本质，形成较为完整的概念，为核辐射探测技术的研究和应用奠定基础。
核辐射物理与探测学
定义 反应能Q 为： Q Tb TB Ta TA
Mmaa
mA c2
MA c2
mb
Mb
mB
MB
c2
c 2
a A b B
Q > 0 为放能反应； Bb BB Ba BA
Q < 0 为吸能反应。
4.2 核反应能和Q方程
当出射粒子为 射线时，称这类核反应为辐射俘获。
197Au( p, )198Hg 59Co(n, )60Co
2) 按入射粒子分类
(a) 中子反应 由中子入射引起的核反应。
中子反应的特点： 中子不带电，与核作用时，不存在库仑位 垒，能量很低的中子就能引起核反应。
4.1 核反应概述
根据出射粒子的不同，中子反应有： (n, n),(n, n),(n, ),(n, p),(n, ),(n,2n)......
即： 1l f 1 l f 只能取偶数。
综合考虑角动量守恒和宇称守恒：l f 可取值为 2 或 4 。
4.2 核反应能和Q方程
第四章 原子核反应
1、核反应能 Q 对核反应： a A B b
静止质量: ma mA mB mb
由能量守恒：
相应动能: Ta TA
TB Tb
(ma mA )c2 (Ta TA ) (mB mb )c2 (Tb TB )
线为电子; 提出了原子的核式 模型;首次实现人工核反应;培 养了10位诺贝尔奖获得者.
第四章 原子核反应
4.1 核反应概述
核反应的一般表达式： A a, b1, b2 , b3,... B 或：a A B b1 b2 A 为靶核； a 为入射粒子； B 为剩余核；b1,b2…为出射粒子。 对于出射粒子为一个的情况：
核辐射物理与探测学
根据：
2z e I E b 2 2 m0v b
2
2 4
b bmax
bmax
ze v
2 m I 0
1/ 2
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
2 4 dE 4πNZz e bmax 对： ln 2 b dx ion m0 v min 代入 bmax 和 bmin ，可得到电离能量损失率为：
z --入射粒子电荷数 v --入射粒子速度
m0为电子静止质量
N--靶物质单位体积的原子数
2m 0 v 2 v2 v2 其中： B Z ln I ln 1 c 2 c 2
靶物质平均等效电离电位 靶物质原子的原子序数
dE S dx
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”。
S S ion S rad dE dE dx ion dx rad
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
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。
根据：
2z e 2m 0 v 2 E b n
ze 2 2 m0 v
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
bmax 对应电子获得最小能量的情况，可以由电子在原子 中的结合能来考虑。入射粒子传给电子的能量必须大于 其激发能级值，才能使其激发或电离，否则将不起作用。 也就是说，电子只能从入射粒子处接受大于其激发能级 I的能量。
4πz e NZ 2m0v dE ln 2 I dx ion m0v
2 4
2
核辐射物理与探测学
原子核的衰变：在没有外界影响的情况下， 原子核自发地发射粒子并发生改变的现象。
第二章 原子核的放射性
·原子核衰变的主要方式
衰变
衰变 (包括－衰变、＋衰变和电子俘获EC)
衰变 (或跃迁)(包括内转换IC)
重核的自发裂变等
137Cs核素衰变纲图
•原子核衰变的表示 衰变纲图 同位素表
N (0)
在 t~t+dt 时间内衰变的原子核数为：
dNt N t dt
这些核的寿命均为 t，它们的总寿命为：
t N t dt
2.1 放射性衰变的基本规律
而 t 可能的取值为 ：0～
t N t dt
所以，所有核的总寿命为：
N t N 0et
(2)
1/ 2
1/ 2
1
时，
2
则在观察时间内可看出母体 A 放射性的变化，以 及子体 B 的核数目在时间足够长之后，将和母体 的核数目建立一固定的比例，此时子体 B 的变化 将按母体的半衰期衰减。这时建立的平衡叫暂时 平衡。
2.2 递次衰变规律
现在来推导一下暂时平衡关系：
由：
N2(t)
1 2 1
2.1 放射性衰变的基本规律
1、放射性的指数衰减规律
222 86
Rn
——氡射气
实验发现，放射性核素
222 86
Rn
放出一个粒子，
变成 28148Po，而 28262Rn 的数目每4天减少一半。
222Rn的衰变曲线
2.1 放射性衰变的基本规律
由统计性，以放射源总体考虑衰减规律：
设：t 时刻放射性原子核的数目为N(t)，
dN3 (t ) 2 N 2 (t )dt
核辐射物理及探测学答案
核辐射物理及探测学答案核辐射物理及探测学是研究核辐射的性质、产生机制、相互作用规律以及辐射测量和探测技术的学科。
下面是核辐射物理及探测学的答案参考：1. 什么是核辐射？核辐射是指核物质发生放射性衰变时释放出的高能粒子或电磁波的过程。
常见的核辐射有α粒子、β粒子和γ射线。
2. 核辐射的产生机制是什么？核辐射的产生机制主要包括原子核的自发衰变和核反应两种形式。
自发衰变是核物质内部没有外界原因的情况下自动发生的衰变过程，而核反应是核物质与其他物质相互作用时发生的核变化过程。
3. 核辐射与物质的相互作用规律有哪些？核辐射与物质的相互作用规律包括电离作用、激发作用和相互作用距离的特性。
电离作用是指核辐射通过与物质内部原子或分子的相互作用，将其电子从原子或分子中脱离的过程；激发作用是指核辐射使物质原子或分子的能级发生变化，但并没有电离的过程；相互作用距离的特性指的是不同类型的核辐射在物质中的相互作用长度和穿透深度的区别。
4. 核辐射的测量与探测技术有哪些？核辐射的测量与探测技术主要包括电离室、半导体探测器、闪烁体探测器、核废液谱仪等。
电离室是一种通过测量核辐射在气体中电离产物的形成量来确定辐射强度的装置；半导体探测器利用半导体材料特殊的电子结构对核辐射进行测量；闪烁体探测器则是利用某些材料在受到核辐射后会产生可见光信号的特性进行测量；核废液谱仪是一种用于测量放射性废弃物中放射性核素种类和浓度的仪器。
5. 核辐射的应用有哪些？核辐射的应用涉及核能、医学、工业等领域。
在核能方面，核辐射被用于核电站的能源生产；在医学方面，核辐射被用于放射治疗、核医学诊断等；在工业方面，核辐射被用于材料检测、气候变化研究等。
此外，核辐射还被用于食品辐照处理、碳测年等。
核辐射物理及探测学
习题集第一章习题1-1 当电子的速度为2.5×108m ·s -1时, 它的动能和总能量各为多少MeV? 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u? 合多少g?1-3 t=25℃, p=1.013×105Pa 时, S+O 2→SO 2的反应热q=296.9kJ ·mol -1, 试计算生成1molSO 2时体系的质量亏损。
1-4 1kg 的水从0℃升温至100℃, 质量增加了多少? 1-5 试计算239U, 236U 最后一个中子的结合能。
已知：()MeV 307.47238,92=∆；()MeV 572.50239,92=∆；()MeV 916.40235,92=∆；()MeV 442.42236,92=∆。
1-6 当质子在球形核里均匀分布时，原子核的库仑能为RZ Z e E c 024)1(53πε-=Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m 15105.1-⨯。
试计算C 13和N 13核的库仑能之差。
1-7 已知：()MeV 125.313,6=∆；()MeV 346.513,7=∆。
计算C 13和N 13核的结合能之差； 1-8 利用结合能半经验公式，计算236U, 239U 最后一个中子的结合能, 并把结果与1-5题的结果进行比较1-9 计算K 42原子核每一个核子的平均结合能？1-10利用结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验值进行比较, 说明质量公式的应用范围。
u Cu M 929756.63)(64=；u Ag M 905091.106)(107=；u Ce M 905484.139)(140=；u U M 050786.238)(238=；1-10利用结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验值进行比较, 说明质量公式的应用范围。
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
9 /193
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
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核辐射物理及探测学
核辐射物理及探测学是研究和应用核辐射的物理学科，涉及包括辐射性核素的生成、衰变、相互作用以及辐射的测量与探测等方面的内容。
在核辐射物理方面，研究对象包括α粒子、β粒子、γ射线等
不同类型的辐射。
核辐射物理学主要研究辐射性核素的衰变规律以及其对物质的相互作用，包括辐射在物质中的衰减和散射等过程。
该学科还探讨了辐射对生物体、材料和环境等的影响，以及辐射防护和安全等相关问题。
在核辐射探测学方面，研究对象包括辐射检测设备和仪器，用于测量和监测辐射剂量的变化。
核辐射探测学涵盖了各种辐射检测器的原理、结构和性能，以及辐射剂量测量的方法和技术。
常见的核辐射探测设备有闪烁体探测器、半导体探测器、电离室和核计数装置等。
核辐射物理及探测学在核工业、医疗诊断、环境保护和核安全等领域具有广泛的应用。
它可以用于核能发电的监测和控制，用于核医学影像的诊断，用于辐射剂量的评估和防护等。
该学科的发展也与核物理、核工程和辐射生物学等学科密切相关，共同推动了核科学和技术的进步。