辐射第七章
第七章 辐射防护
+ （2）吸收剂量率的定义和单位 + 吸收剂量率（ D ）表示单位时间内吸收剂
量的增量，严格定义为：某一时间间隔dt 内吸收剂量的增量dD除以该时间间隔dt所 得的商。
系和区别
+ （1）照射量的定义和单位 照射量是用来表征：χ射线或γ射线对空气
电离本领大小的物理量。 χ射线或γ射线能量越高、数量越大，对空
气的电离本领越强。
+ 定义：所谓照射量是指χ射线或γ射线的光子在单位 质量的空气中释放出来的所有次级电子（负电子或 正电子），当它们被空气完全阻止时，在空气中形 成的任何一种符号的（带正电或负电的）离子的总 电荷的绝对值。其定义为dQ除以dm的所得的商，即： P=dQ/dm
+ 式中dQ——当光子产生的全部电子被阻止于空气中 时，在空气中所形成的任何一种符号的离子总电荷 量的绝对值。
+ dm——体积球的空气质量
+ 照射量（Ρ）的SI单位为库仑/千克，用符号 C/Kg 表示; 沿用的专用单位为伦琴，用字母R表示,简
称伦。
+ 1R=2.58×10-4C/Kg。
+ 适用范围：照射量只适用于χ、γ射线对空气 的效应，并且只适用于能量大约在几千伏到 3MV之间。
（1）比释动能的定义和单位 比释动能定义是指不带电粒子与物质相互作
用时在单位质量的物质中释放出来的所有带 电粒子的初始动能的总和。
K= dEtr / dm
• 式中dEtr ——不带电粒子在质量为 dm 的某 一物质内释放出来的全部带电粒子的初始动能 的总和；
综合知识第七章辐射防护基础
第七章：辐射防护基础1、辐射防护的目的与任务是什么?辐射防护和核安全的目的是防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发生概率，使它们达到被认为可以接受的水平。
辐射防护和核安全的基本任务：既要保护从事放射工作者本人和后代以及广大公众乃至全人类的安全;保护好环境;又要允许进行那些可能会产生辐射的必要实践以造福于人类。
2、简述天然辐射源与人工辐射源的主要来源以及他们对人类造成的照射水平每年为多少?来源：天然：①宇宙射线②宇生放射性核素③原生放射性核素人工：医疗辐射、核爆炸、核电站、1、天然辐射源按其起因分为三类：宇宙辐射、宇生核素、原生核素2、天然辐射源所引起的全球居民的年集体有效剂量的近似值为107人·SV3、照射可以分为正常照射或潜在昭射；也可以分为职业照射、医疗照射和公众照射；在干预情况下，还可以分为应急照射或持续照射。
4、根据辐射效应的发生与剂量之间的关系，可以把辐射对人体的危害分为随机效应和确定性效应两类。
5、在辐射防护中把随即性效应与剂量的关系简化地假设为“线性”、“无阈”6、从慎重的观点出发，一般认为在已有的人体细胞中，基因的自然性的突变基本上是有害的。
7、使自然突变几率增加一倍的剂量叫突变倍加剂量，大约为（0.1-1）Gy，代表值为0.7G y8、辐射剂量与辐射防护中常用量及其单位。
9、比释动能K，10、外照防护的基本原理：减少或避免射线从外部对人体的照射。
11、时间防护、距离防护、屏蔽防护。
外照射防护三要素。
12、照射量X是个历史悠久，变化较大的一个辐射量。
X=dQ/dm，单位：C/kg，过去照射量的单位是伦琴，符号为R。
1R=2.58*10-4现有的技术条件下，能被精确测量照射量的光子的能量限于10kev-3MeV范围以内。
在辐射防护中上限可扩大到8MwV。
13、比释动能K=dεtr/dm。
dεtr是不带电粒子在质量为dm的物质中释放出的全部带电粒子的初始动能总和的平均值，它既包括这些带电粒子在韧致辐射过程中辐射出来的能量，也包括在该体积元内发生的次级过程所产生的任何带电粒子的能量。
第7章电磁波的辐射
④ 取向： E 在与赤道面平行的平面内，而 H 在子午面。 这点与电基本阵子电磁场取向正好相反。
第七章 电磁波的辐射
例 7-2 计算长度 dl=0.1λ0的电基本振子当电流振幅值 为2 mA时的辐射功率和辐射电阻。 解：辐射功率:
Pr 40
2
Idl
2
o
2
15.791W
2
辐射电阻：
dl Rr 80 7.8957 0
第七章 电磁波的辐射
例7-3.将周长为0.1λ0的细导线绕成圆环，以构造磁基
本振子，求此磁基本振子的辐射电阻。
解： 此电基本振子的辐射电阻为
a 6 1 Rr 320 320 2 0.01 0 1.9739 10 2
Pr Pr r Pin Pr PL
PL表示天线的总损耗功率。通常，发射天线的损耗功率 包括：天线导体中的热损耗、介质材料的损耗、天线附 近物体的感应损耗等。
第七章 电磁波的辐射
4、增益系数：方向性系数表示天线辐射能量的集中程 度，辐射效率表征在转换能量上的效能。将两者结合起 来 ——天线在其最大辐射方向上远点某点的功率密度与 输入功率相同的无方向性天线在同一点产生的功率密度 之比为增益系数，是表现天线总效能的一个指标。
E ( , ) E max
式中|Emax|是|E(θ，φ)|的最大值。 电（磁）基本振子的方向性函数为：F ( , ) sin
第七章 电磁波的辐射
2、方向性系数：当辐射功率相同时，天线在最大辐 射方向上远区某一点的功率密度与理想无方向性天线在 同一位置处辐射功率密度之比，为此天线的方向性系数。
第七章 电磁波的辐射
第七章 电磁波的辐射
【气象学】第七章 大气辐射
7.1.2 描述辐射场的物理量
大气中的许多参量都是以场的形式出现的，如温 度场、气压场、风场等。
其中温度场、气压场是标量场，风场是矢量场，
它们都是空间和时间（x, y, z, t）的函数。
辐射场则是比上述参量更复杂的场。
20/76
1.辐射通量(radiant flux)
指单位时间能通过某一平面（或虚拟平面）的辐
第七章 大气辐射学
地面和大气中的辐射过程
为什么要研究地气系统对太阳辐射的吸收和反射及地气 之间的辐射交换过程？
为什么？
2/76
地球作为飘浮在宇宙空间的 一个物体，它只有通过辐射
过程才能与其周围环境交换
能量并最终达到某种平衡。
地球围绕着太阳运行，太阳辐 射的能量是地球最重要的能源。
因此需要研究太阳、地球及大
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4. 辐射源
往外发射辐射的物体称为辐射源。最简单的辐 射源是点源。假设源向四周发射是均匀的，发 射辐射的功率为W ，则在以点源为中心、半径 为r的球表面上的辐照度为
E W 4π r
2
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这里辐射传输的方向都在半径方向。可见，点源 的辐照度随距离的变化服从反平方规律。
在离点辐射源距离相当大并且在讨论相对比较小
在大气上界日地平均距离处通过与太阳光线垂直的单位面积上单位时间内所接收到的太阳总辐射能包括所有波长1367wm212286742大气上界的太阳辐射能全球各地大气上界太阳辐射的日总量的年变化较小而高纬区年变化较大则随纬度的增高而迅速下降进入极圈甚至变为零随纬度的变化是决定地球上各纬度间气候差异的基本因素
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平衡辐射的基本规律：
第七章_外照射及其防护
功率条件下进入反应堆厂房时，进行现场中
子剂量率的监测。
2.2 个人外照射剂量的监测
大亚湾核电站对个人外照射剂量的监测主要
使用两种个人剂量计，一是直读式电子个人 剂量计DM91；另一是热释光个人剂量计TLD。 个人剂量计由辐射防护科剂量计收发室（位 于控制区出入口）统一保管，工作人员进入 控制区时领用，离开控制区时交还。
以减少受照剂量。
在工作场所剂量率不变的条件下，受照剂量与受照
时间成正比，因此想方设法减少工作时间是减少受 照剂量的有效方法。一般说来，可以从下述几个方 面来减少受照时间：
1）时间防护
① 做好准备工作
做好一切可能做到的准备工作，进入工作现场后就能立
即开展工作，顺利地完成任务，避免在放射性控制区内 无谓的等待和滞留。
环境γ剂量率约为：
１Sv/3秒＝1200Sv/小时＝1.2mSv/h
c) DM91应按规定佩戴在连体服左胸的口袋里，卡子钩在带 上，并扣上钮扣，以免滑落。 d) 使用DM91的工作人员受照剂量的调查水平为1mSv（一 天），干预水平为2mSv（一天）。
e)
如果将在电磁干扰较强的场所工作，应主动申明领用加
2. 外照射的监测
外照射的监测主要有两个方面：
一是现场环境剂量率的监测；
二是外照射个人剂量的监测。
2.1 工作现场环境剂量率监测
在核电站的生产活动中，控制区内的工作人员可 能受到不同程度的辐射照射，工作现场剂量率监 测的目的之一在于查明工作现场的辐射水平，以
便必要时采取适当的防护措施，使工作现场达到
U在裂变过程中瞬时放出的γ射线，总能量约 为8MeV，除低能γ光子外，主要是能量为2— 3MeV的γ光子，是反应堆屏蔽中需考虑的重要 一次γ源。
核安全工程师综合知识第七章辐射防护知识(精简版)
第七章辐射防护基础（P257-310）1.辐射应用为重要特征的核技术利用已有100余年的历史。
2.使人们对核辐射的危害有一个正确了解，既要消除不必要的恐惧，又要高度重视。
第一节辐射防护的目的与任务（P257-258）一、辐射防护的提出1.实践证明，电离辐射对人体有损伤作用，过量的辐射照射会引起对人体的危害。
2.做好辐射防护与安全工作，是核能、核技术得到广泛应用和发展的有力保障，这就是“用”和“防”的辨证统一。
3.辐射防护已成为核科学领域中一个重要分支，是专门研究防止电离辐射对人体危害的综合性边缘学科，与许多学科存在交叉领域。
二、辐射防护的目的与任务1.辐射防护的基本任务是：既要保护从事放射工作者本人和后代以及广大公众乃至全人类的安全，保护好环境，又要允许进行那些可能会产生辐射的必要实践以造福于人类。
2.辐射防护的目的是防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发生概率，使它们达到被认为可以接受的水平。
第二节辐射源种类、来源与水平（P258-264）1.人体受到照射的辐射源有两类，即天然辐射源和人工辐射源。
2.这种天然放射性是客观存在的，通常称为天然本底照射。
天然本底照射是迄今人类受到电离辐射照射的最主要来源。
3.另外，近半个世纪以来，因医疗照射及核能核技术的开发与应用，核动力生产、核试验等，产生了不少新的放射性物质和辐射照射。
这类辐射照射称为人工辐射源照射。
一、天然辐射源1.天然辐射源按其起因分为三类：①宇宙辐射，即来自宇宙空间的高能粒子流，其中有质子、α粒子、其他重粒子、中子、电子、光子、介子等；②宇生核素，它们主要是由宇宙射线与大气中的原子核相互作用产生的，如3H、14C、7Be 等；③原生核素，存在于地壳中的天然放射性核素。
2.世界范围平均年有效剂量约为2.4mSv，在引起内照射的各种辐射源中，222Rn的短寿命子体最为重要，由它们造成的有效剂量约为所有内照射辐射源贡献的70％。
3.外照射中宇宙射线的贡献略低于原生核素。
传热学-第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性
定律 表示式 说明
韦恩位移定律 λmax = b / T 黑体辐射波长与温度的关系
理想黑体的辐射特性
理想黑体具有尽可能高的吸收率和发射率，同时它是完美的热辐射体，能够根据其温度和波长分布发射出连续 的辐射能量。
实际物体的辐射特性
实际物体的辐射特性受到其表面性质的影响。反射率与吸收率、发射率与辐射率以及雷诺茨定律帮助我们了解 和描述实际物体的辐射情况。
反射率与吸收率
实际物体吸收和反射辐射能量 的能力
发射率与辐射率
实际物体辐射能量的发出能力
雷诺茨定律
物体在达到热平衡后，各表面 温度和总发射能力一致
热辐射的应用和实例
热辐射广泛应用于热工技术、太阳能技术、计算机热管理等领域。例如，太阳能电池利用光照下的热辐射转换 为电能。
太阳能电池
利用光照下的热辐射转换为电能
传热学-第七章热辐射基 本定律及物体的辐射特性
了解热辐射的基本概念和定义，掌握热辐射的三大基本定律：斯特藩-玻尔兹 曼定律，基尔霍夫定律和韦恩位移定律。
斯特藩-玻尔兹曼定律
斯特藩-玻尔兹曼定律揭示了黑体辐射功率与温度的关系，P = εσT4，其中P为辐射功率，ε为辐射率，σ为斯特 藩-玻尔兹曼常数。
定律 表示式 说明
斯特藩-玻尔兹曼定律 P = εσT4 黑体辐射功率与温度的关系
基尔霍夫定律
基尔霍夫定律阐明了一个物体表面的吸收率和发射率相等，α = ε。
1 基尔霍夫定律
物体表面的吸收率和发射率相等
韦恩位移定律
韦恩位移定律描述了黑体辐射波长与黑体温度之间的关系，λmax = b / T，其中λmax是峰值辐射波长，b是韦恩 位移常数。
总结和要点
• 热辐射包括斯特藩-玻尔兹曼定律、基尔霍夫定律和韦恩位移定律 • 理
第七章辐射防护
第七章辐射防护7.1 剂量的定义、单位及标准辐射效应的研究和应用，离不开对电离辐射的计量，需要有各种辐射量和单位，用以表征辐射的特征，描述辐射场的性质，度量电离辐射与物质的相互作用时能量传递及受照物体内部的变化程度和规律。
辐射量的单位采用国际单位制(SI)单位。
为了照顾当前新旧单位过渡的需要，在给出辐射剂量的SI单位的同时，还将指出过去沿用的专用单位。
7.1.1 照射量当X或γ射线穿过空气时，由于它们和空气中的分子(或原子)相互作用的结果，便产生了次级电子(即三个效应产生的电子)，这些次级电子由于获得了一定的能量，当它们和空气分子作用时就能使空气分子电离，形成离子对——正离子和负离子。
X或γ射线的能量愈高，数量愈大，对空气电离本领愈强，被电离的总电荷量也就愈多。
因此可用次级电子在空气中产生的任何一种符号的离子(电子或正离子)的总电荷量，来反映X或γ射量对空气的电离本领。
由此，引出照射量这个物理概念。
照射量是用来表征X或γ射线对空气电离本领的大小的物理量。
也是沿用最久的辐射量。
1.照射量的定义和单位所谓照射量，是指X或γ射线的光子在单位质量的空气中释放出来的所有次级电子(负电子和正电子)，当它们被空气完全阻止时，在空气中形成的任何一种符号的(带正电或负电的)离子的总电荷的绝对值。
其定义为dQ除以dm所得的商，即：(7.1)式中：dQ—当光子产生的全部电子被阻止于空气中时，在空气中所形成的任一种符号的离子总电荷量的绝对值；dm—体积球的空气质量。
照射量(P)的SI单位为库仑·千克-1用符号C·kg-1表示。
沿用的专用单位为伦琴，用字母R表示，简称伦。
1伦琴＝2.58×10-4库仑·千克-11库仑·千克-1＝3.877×103伦另外，还常用毫伦(mR)，微伦(μR)等单位，与伦琴的关系为：IR＝103mR＝106μR照射量这个概念，不能用于所有的射线，只适用于X或γ射线对空气的效应，而且由于测量所要求的电子平衡条件难以实现，它只适用于光子能量大约在几千伏到3兆伏之间的X或γ射线。
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2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
qnm N m gm E En e xp( m ) qmn N n gn kT
定，与外部环境无关，所以 普遍成立。
即 N e 很大时，碰撞作用远大于辐射作用，频繁碰 撞使气体迅速建立热平衡分布。故：
Nm N e qnm N n N e qmn Amn j L N m Amn h mn
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第六章 天体物理中的谱线发射
9
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
3. 复杂原子的选择定则 复杂原子偶极跃迁过程中，据拉波特法则，电子 l 组态改变，必有一个电子nl nl ，对该电子， 1 LS耦合
S 0 L 0,1 J 0,1 (0 0禁 戒)
总碰撞强度
2 0
nm：量子微扰论处理，与定性结果比较：
nm 4 I H gn E
IH IH 4a ( )( ) E E
E , σnm
nm (me v2 )1 ，低速电子碰撞激发比高速电子更
有效！因低速电子在原子近旁停留的时间更久， 作用更有效。 但当电子的速度过低，动能不足以产生激发，即
三．电子碰撞激发截面、碰撞强度
电子碰撞激发截面 nm ( v)定性估算 电子在离子近旁库仑力作用时间： 2b / v
所以电子动量改变:
e 2 2b 2e 2 p Fdt ( 2 )( ) 0 b v bv
t
电子能量改变（近似电子碰后静止）:
(p)2 2e 4 E (b) 2me me v 2b 2
N1 (5007 A),
N 2 (4959 A)
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第六章 天体物理中的谱线发射
1
§6.6 碰撞激发（退激发辐射） 因为要使 O 离子电离： 54.5eV ，所以要使 O 离子 I 电离，而产生复合谱线，必须在星云边有极强的紫外 辐射。另，He 和 O 电离能几乎一样（54.2eV）。 O 若为复合线，则： 丰度远大于 O 丰度，则 He 线应 He N 比 N1 , N 2 的绿色双线强。但实测上，许多情况下， 1 , N 2 线最强，可几乎没有 He 线。
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
电子与离子碰撞: 韧致辐射,复合辐射(连续谱,复合线)； 碰撞激发、电离(连续谱,线发射)； 自由电子频繁碰撞，建立Maxwell速度分布。 光谱学研究在天体物理中极其重要： 分析化学成分、物理状态（温度、密 度、速度分布等）。复合线： , He 巴 H 尔末系等，但有许多发射谱线，例如 各种离子的禁线发射，不可能由复合 过程产生，如：O 两条禁线 ：
jj耦合
j 0,1 J 0,1 (0 0禁 戒)
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第六章 天体物理中的谱线发射
10
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
二．禁线发射系数 谱发射系数： jL N m Amn h mn
统远离LTE！需用稳态平衡方程定布居。简例：两能级 系统 ( n, m ) 辐射场密度低，可略受迫跃迁 ( ve vion ) 只考虑电子碰撞，略离子碰撞 th th
所以据球谐函数正交性：
l l l 1
m m m 0,1
r 矩阵元才不为零，即电偶极矩辐射跃迁定则
也适用于碱金属光谱（ Li, Na, K ,），即初、 终态都只有一个松弛地束缚在外层轨道上的 价电子，原子的其余电子则未受扰动（类氢 系统：价电子+离子实，价电子在离子实的 有心力场中运动）
2 2 4 2 Gif 2 ( fi ) l D fi 要使两个态间的跃迁可能， fi 0 或 rfi 0 D
初、终态具相同宇称时，当空间坐标对原点作反演 r 时， r ，rfi 0 偶性态 ( li 偶数) 奇性态 ( li 奇数) ，所以要 有电子组态的变动！
连带勒让德多项式
m l
l 0, 1, 2, , n 1
m : l , l 1, , 0, , l
* Ylm (1)m Yl , m
0
2
2
0
Yl*mYlm sindd ll mm
ˆ l （退激发辐射）
归根到底，还是来自恒星的紫外辐射，早型星的紫外
辐射，引起光致电离，恒星的辐射能转化为电子的动
能。对允许线，难以用碰撞激发解释。如复合线，中 性氢、氦，激发能 ~ 10 20eV ，难以激发。唯一例外：
MgI :3 S 3 P , 4751A, ~ 2.7eV
N e N nqnm N e N mqmn N m Amn
Nm N e qnm N n N e qmn Amn
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N m 不能使用玻尔兹曼公式，因为在多数情况下，系
第六章 天体物理中的谱线发射
11
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
要定出 N m / N n ，理论上需知 Amn , qmn , qnm 或 mn ( v), nm ( v)， 复杂的理论课题。可从一般热力学考虑找到一个普遍 的公式。 虽在LTE条件下得到，但碰 N e qmn Amn，则： 极限情况： 撞截面间的关系由原子结构
2bdb (2le 1)(
db 的变化具量子化特征，积分，化求和；
有心力场中电子轨道角动量 l e 变化须满足：le 1
if (v ) ( 2 ) (2le 1) pif (le ) me v le
定义： if (le ) (2le 1) pif (le ) 部分碰撞强度
( N e 0) N e N n qnm h mn jL 1 N n qnm qmn Amn h mn ( N e )
不同 N e下，jL 值可有很大不同，N e 据谱线强度分析。
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第六章 天体物理中的谱线发射
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§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
1 me v 2 E m E n 2
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第六章 天体物理中的谱线发射
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§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
0 nm ( v ) ( )2 1 nm me v g n 1 me v 2 E m E n 2 1 me v 2 E m E n 2
这部分能量可无辐射地转移给离子，使离子激 发或电离。速度 v 、电子转移 E (b)截面：
I I b 4a ( H )( H ) E E E E
2 2 0
e 4
e2 2 IH , a0 2a0 me e 2
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第六章 天体物理中的谱线发射
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§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
矩），所以碰撞退激发无辐射地回到低能态。而在
天体物理中，等离子体密度低、体积大， 碰 辐 ， 所以在亚稳态上原子有足够时间完成电四级或磁偶 极跃迁而产生禁线发射。亮：星云巨大质量造成。
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第六章 天体物理中的谱线发射
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§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
一．选择定则 1. 拉波特法则：具有相同宇称的两个态间的跃迁是禁 戒的。
总碰撞强度 if if (le )
le
2 if ( v) ( ) if me v
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第六章 天体物理中的谱线发射
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§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
初态 En，终态 E m 。一般能级简并，简并度：gm , gn
nm (v ) (
2 1 2 1 1 2 I ) ( if ) ( ) nm a0 ( H ) nm me v gn i , f me v gn E gn 初、终态所有量子态
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第六章 天体物理中的谱线发射
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§6.6 碰撞激发（退激发辐射） 2. 氢原子光谱的选择定则
氢原子或类氢原子：中心力场
2 i V ( r ) t 2m
2m Ze2 u (E )u 0 40 r
2
Ze2 V (r ) 40 r
pif (b) 1 (对任意 b)
f i
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第六章 天体物理中的谱线发射
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§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
碰撞激发（退激发）截面： if ( v) 0
2 ) le me v
pif (b) 2b db
由于入射电子的角动量为： Le me vb [le (le 1)]1/ 2
所以计算 D 也即 r 矩阵元，归结为：
nl m r cos nlm
nl m r sine i nlm
球谐函数性质：
( l 1) 2 m 2 l 2 m2 cos Ym Yl 1,m Yl 1,m ( 2l 1)( 2l 3) ( 2l 1)( 2l 1)
截面可和氢原子几何截面比较，比复合截面大二、三 个量级。所以丰度小、激发能低的重元素碰撞激发是 产生发射线的重要机制。 定量计算
v, b 非弹性碰撞产生碰撞激发 i f ，这一跃迁的 微分散射截面
d if (v, b) pif (b) 2b db
pif (b)
为微分散射截面 d if 与环形几何截面 2bdb 之比
1 1 。
在原子光谱学中，凡是破坏了偶极矩辐射的选择定 则的跃迁称禁戒跃迁。这种跃迁所产生的谱线称禁