核辐射物理与探测学
核辐射物理及探测学期末总结
核辐射物理及探测学期末考前总结复习重带电粒子与物质的相互作用1、特点重带电粒子均为带正电荷的离子；重带电粒子主要通过电离损失而损失能量；重带电粒子在介质中的运动径迹近似为直线。
2、重带电粒子在物质中的能量损失规律1) 能量损失率(Specific Energy Loss)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。
电子的散射与反散射电子与靶物质原子核库仑场作用时，只改变运动方向，而不辐射能量的过程称为弹性散射。
由于电子质量小，因而散射的角度可以很大，而且会发生多次散射。
电子沿其入射方向发生大角度偏转，称为反散射。
对同种材料，电子能量越低，反散射越严重；对同样能量的电子，原子序数越高的材料，反散射越严重。
反散射的利用与避免对放射源而言，利用反散射可以提高β源的产额。
A)A) 对对探测器而言，要避免反散射造成的测量偏差。
B)B) 对γ 射线与物质的相互作用特点：γ光子通过次级效应与物质的原子或核外电子作用，光子与物质发生作用后，光子或者消失或者受到散射而损失能量，同时产生次电子； 次级效应主要的方式有三种，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。
γ射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概率，用截面来表示作用概率的大小。
总截面等于各作用截面之和，即：pc ph σσσσ++=作用截面与吸收物质原子序数的关系5Z ph ∝σZ c ∝σ2Zp ∝σ总体来说，吸收物质原子序数越大，各相互作用截面越大，其中光电效应随吸收物质原子序数变化最大，康普顿散射变化最小。
光电效应康普顿散射电子对效应第七章辐射探测中的概率统计问题辐射探测器学习要点：�探测器的工作机制；�探测器的输出回路与输出信号；�探测器的主要性能指标；�探测器的典型应用。
第八章气体探测器Gas－filled Detector•电离室–工作机制：入射带电粒子(或非带电粒子的次级效应产生的带电粒子)使气体电离产成电子－离子对，电子－离子对在外加电场中漂移，感应电荷在回路中流过，从而在输出回路产生信号。
第一章 原子核的基本性质(2016-2)_824805321
（2）、中子的发现与原子核的组成
发现中子之前，人们猜测原子核是 由质子和电子组成的。 这个假设可以解释原子核的质量和 电荷。
但也遇到了不可克服的困难。 与实验和理论不符。
例子：
氦核(质量数4，电荷数＋2)的大小为：d 5fm
假设氦核中有电子，那么电子的德布罗意波长 不能大于2d，即 10fm
C
C
C
核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同， 就是不同的核素。
208 86 90 38 60
Tl Sr Co 60 Co
Pb Y Co 60m Co
208 82 91 39 58
两种核素，A同，Z、N不同。 两种核素，N同，A、Z不同。 两种核素，Z同，A、N不同。 两种核素，A、Z、N同，能态不同。
（N，Z）不同→半衰期不同，为什么？
Z N
1.1 原子核的组成、质量和半径 1.2 原子核稳定性及核素图
1.3 原子核的结合能（第一章重点）
1、原子核的结合能 2、质量亏损与质量过剩 3、比结合能及比结合能曲线
• 1932年查德威克(J. Chadwick)发现中子。
用 粒子轰击铍，铍放射出穿透 力很强的中性粒子，可以将含氢物 质中的质子击出，并证明其有与质 子相近的质量。 9 12
Be C n
1891～1974
(1935年诺贝尔奖)
实验中放出的是中子，而不是高能。
一些与发现中子的荣誉擦肩而过人
稳定核素的奇偶分类表：
Z e e o o N e o e o 名 称 偶偶核 偶奇核 奇偶核 奇奇核 稳定核素数目 167 56 53 9
偶偶核最稳定，稳定核最多； 为什么偶偶核最稳 其次是奇偶核和偶奇核；而奇 定？ 奇核最不稳定，稳定核素最少。 稳定 实验表明，当质子、中子数目取某些数值的时候， 原子核特别稳定，这些数称为幻数： 壳层 Z ＝ 2，8，20，28，50，82 模型 N ＝ 2，8，20，28，50，82费米子
原子核物理及核辐射探测学第6章习题答案new(免费)
e t 0.001 t
该γ射线减弱 1000 倍。
ln1000
6.91 11.52cm ， 即需要 11.52cm 厚的铅方可使 0.6 / cm
6-13 解：Βιβλιοθήκη e e d2 d1
N1 ) N1 N2 N2 d 2 d1
ln(
大于 0.3 cm。 6-2 （1）空气中射程为： 0.318 E 3.88 cm
1.5
（2）产生的电子粒子对数：
5.3MeV 1.51 105 35eV
（3）设在空气中和 ZnS 中射程分别为 R0, R1 ，则
R1 0 A1 1.226 103 50% 65 50% 35 R0 4.1 1 A0 78% 14 22% 16 R1 2.13 103 cm
Ee E h ， Pe P
h c
但我们知道，电子的动能可以如下计算得到：
Ee mec 2 m0c 2 Pec 2 ( m0c 2 ) 2 m0c 2 ，若 Ee E h ，则有：
Ee Pe c 2 (m0c 2 )2 m0c 2 Ee m0c 2 Pe c 2 ( m0c 2 ) 2 h m0c 2 ( h ) 2 ( m0c 2 ) 2 ( h ) 2 (m0c 2 )2 2h m0c 2 ( h ) 2 (m0c 2 )2 2h m0c 2 0
h 代入光子的能量 2.04MeV， 电子质量 0.511MeV tg ， m0c 2 2
需要做个转换： 1 ctg
和 20 度角，得到 ctg 20 1 度方向的能量为：
2.04 tg 57.65 ，于是康普顿反冲电子在 20 0.511 2
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。
核辐射探测技术知识-第二章
离子对数的方差
2 F E0
W
式中F<1，为法诺因子，可查表得到。
被激发原子的退激方式：
辐射光子。发射波长接近紫外光的光子， 这些光子又可能在周围介质中打出光电 子，或被某些气体分子吸收而使分子离 解。
发射俄歇电子。
上述两过程均在10-9秒内完成。
亚稳原子：某些受激原子处于禁戒的激 发态，不能自发的退回基态，只有当它 与其它粒子发生非弹性碰撞才能退激， 它的寿命约10-4～10-2 s，称为亚稳原子。
对于正离子：
在存在电场的情况下，两次碰撞之间离子从电场获得 的能量又会在碰撞中损失，离子的能量积累不起来。 离子的平均动能与没有电场的情况相似，为：
1 Mv2 3 kT
2
2
离子漂移速度
k为波尔兹曼常数； T为气体的绝对温度。
u
E
P
电场强度 气体压强
离子的迁移率 约化场强
离子的迁移率可表示为：
温度，正负离子的相对速度等有关。
一旦形成了负离子，其运动速度远小于电 子，正离子与负离子的复合系数要比正离 子与电子的复合系数大得多。
复合的结果是把许多有用信号给复合掉， 使有用的信号减少。因此，复合现象在 探测器正常工作中应尽量避免。
4 漂移
离子和电子由于外加电场的作用沿电场方向运 动，这种运动称为“漂移运动”，定向运动的 速度为“漂移速度”。
如果在电场中同一点引入一负电荷 e ，它
将在ab两极板上分别感应一定的正电荷，分
别运极动板为时 上q，感1 则应和电a极荷q板2上q。2感当应减负电少电荷。荷整沿q个1电过增场程加反中，方，而向流b
过外回路的总电荷量为：
q q2
相应在外回路流过电流为i (t)，电流方向与
核辐射物理基础
q1 q2 e
x q1 e d dx q2 e d
即正电荷靠哪个极板近，那个极板上 产生的感应电荷多。 第三步：当 e 电荷沿电场向收集极运动， 则上极板a上感应电荷 q1 减少，下极板b上 感应电荷 q2 增加。且 q1 q2
这就相当于感应电荷从外回路流过， 即在外回路流过电流 i +(t)。
1. 由于外加电场的加速作用,电子与正离子将被电场拉开而沿 电场方向漂移; 2. 电子和离子因空间分布不均匀而由密度大处向密度小处扩散; 3. 电子被中性气体分子俘获, 形成负离子; 4. 正负离子复合, 形成中性分子。
A、离子和电子在外加电场中的漂移
由于外加电场的作用沿电场方向定向漂移。
这种运动称为“漂移运动”，定向运 动的速度为“漂移速度”。
探测器的主要性能指标；
探测器的典型应用。
第八章
气体探测器
Gas－filled Detector
气体探测器：以气体为工作介质，由入 射粒子在其中产生电离效应引起输出电 信号的探测器。 电离室
正比计数器 盖革-弥勒计数器
8.1 气体中离子与电子的运动规律 1、气体的电离与激发
电离损失——与核外电子的非弹性碰撞过程
q1 q2 e
q1 q2
a
V0
e
b
i (t )
正离子漂移所引起的负感应电荷在回 路中流过的电荷量为： q
1
第四步：当正电荷快到达极板的前一瞬间， -q1 全部由a极板经外回路流到b极板，b极 板上的感应电荷：
q1 q2 e
q q1
当e+到达b极板，e+与b极板上的感应电 荷中和。外回路电流结束，流过外回路的 总电荷量为：
第5章_核裂变与核聚变_473105992
阈能核裂变
Bn (Z, A+1) < Eb
以238U为例
n+
238
U→
239
U → X +Y
*
若仍为热中子
Tn = 0.0253eV ≈ 0
E = ∆ ( 92,238) + ∆ ( 0,1) − ∆ ( 92,239) = 4.806MeV
*
而239U的裂变势垒：
Eb = 6.2 MeV
5 / 54
§5.1 原子核的裂变反应
一．自发裂变 二．诱发裂变 三．裂变后现象 四．链式反应和核反应堆 五．原子武器
6 / 54
一. 自发裂变
自发裂变
(spontaneous fission)
没有外来粒子轰击，原子核自行 没有外来粒子轰击，原子核自行 裂变的现象 的现象。 裂变的现象。
A Z
自发裂变的 一般表达式
8 / 54
自发裂变半衰期T 自发裂变半衰期 1/2(SF)与Z2/A的关 与 的关 系：
① T1/2(SF)随Z2/A的增加而急剧地减少； ② 同一元素的lg T1/2(SF)值几乎都落在一条抛 物线上； ③ Z2/A的值差不多大小时，奇奇核、奇A核的 T1/2(SF)值比偶偶核的高103～106数量级。
10
−14
s
5.初级产物β-衰变到稳定核素
在连续β衰变过程中，有些核素可能具有较高的激发 能，可以发射中子，称为缓发中子。
27 / 54
> 10 s
−1
裂变碎片的质量分布
裂变碎片按质量分布的产额。考虑二分裂情 况，X 和 Y的质量分布：
对称分布：
Z ≥ 100 和 Z ≤ 84 AX=AY，称为对称裂变
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。
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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：
(b) 荷电粒子核反应 由带电粒子入射引起的核反应。
包括： 质子引起的核反应，氘核引起的核反应， 粒子引起的核反应，重离子引起的核反应。
(c) 光核反应 由光子入射引起的核反应。
最常见的是：( , n) 反应。如：9Be( , n)8Be 和 D( , n)1H
此外，还有 ( , np),( ,2n),( ,2 p) 等。
n
7Be
4.1 核反应概述
5、核反应中的守恒定律
大量实验表明，核反应过程遵守以下几个守恒定律：
（以 A(a,b)B 反应为例来说明。）
(1) 电荷守恒 反应前后的总电荷数不变。
即：
Za ZA ZB Zb
(2) 质量数守恒 反应前后的总质量数不变。
即： (3) 能量守恒
Aa AA AB Ab
即： Ji J f
Ji Sa SA Li
J f Sb SB Lf
(6) 宇称守恒 反应前后体系的宇称不变。
即：
i f
i a A (1)li
f b B (1)l f
一般来说，入射粒子的波为平面波，它可以分解为
具有给定角动量和宇称的分波，角动量守恒和宇称守
恒是对这些分波而言的。
反应前后体系的总能量(静止能量和动能 之和) 不变。
即： (ma mA )c2 (Ta TA ) (mB mb )c2 (Tb TB )
4.1 核反应概述
(4) 动量守恒 反应前 后体系的总动量不变。
即：
Pa PA PB Pb
(5) 角动量守恒 反应前后 体系的总角 动量 不变。
第四章 原子核反应
原子核反应
原子核与原子核、或者原 子核与其他粒子之间的相 互作用所引起的各种变化。
原子核衰变
不稳定核素在没有外界 影响的情况下自发的发 生核蜕变的过程。
卢瑟福(E.Rutherford） 英国物理学家，(1871-1937), 新西兰人,1908年获得诺贝尔
奖。证实了α射线为 2He,β射
3、核反应分类
1) 按出射粒子分类：散射和反应 (a) 散射出射粒子与入射粒子相同，即: a ＝ b
这时，剩余核与靶核构成相同。
弹性散射：散射前后系统总动能相等 A(a, a)A
非弹性散射：散射前后系统总动能不相等 A(a, a)A*
4.1 核反应概述
(b) 反应 出射粒子与入射粒子不同，即: b a。这种 情况下，剩余核不同于靶核，也就是一般意 义上的核反应。
4.1 核反应概述
例如：核反应
174N 187O p
I 0 1
5 2
1 2
设两者对心碰撞，即相对运动轨道角动量为 0。 li 0
ji 1
jf 1
Sb SB 合成为2，3
l f 取值为1，2，3，4 考虑宇称守恒：
i a A 1 li (1)(1)(1)0 1
f b B 1l f 1 1 1l f 1l f
4.1 核反应概述
4、反应道
对一定的入射粒子和靶核，能发生的核反应过程往往不 止一种，把每一种可能的反应过程称为一个反应道。
反应前的过程称为入射道。
6Li d
反应后的过程称为出射道。 一个入射道可以对应几个出射道：
2
H
6Li
7 Li* 7 Li
p0 p1
4 He
d 6Li
一个出射道也可以对应几个入射道： p7Li 4He
4.1 核反应概述
3) 按入射粒子能量分类 (a) 低能核反应低于140 MeV。 (b) 中高能核反应 在140 MeV～1GeV之间。 (c) 高能核反应 高于1GeV。
一般的原子核物理只涉及低能核反应。
4) 按靶核的质量数A分类 (a) 轻核反应 A < 30。 (b) 中量核反应 30 < A < 90。 (c) 重核反应 A > 90。
(3) 导致发现中子的反应
9Be n12C
1932年，查德威克
(4) 产生第一个人工放射性核素的反应
27Al n30P 1934年，小居里夫妇
30P ,T1/ 2 2.5min30Si
4.1 核反应概述
2、实现核反应的途径
(1) 用放射源产生的高速粒子去轰击原子核。 (2) 利用宇宙射线来进行核反应。 (3) 利用带电粒子加速器或反应堆来进行核反应。
Aa,bB 二体反应
或： a A B b
出射粒子为两个的情况：Aa,b1,b2 B 三体反应
4.1 核反应概述
1、历史上几个著名的核反应
(1) 第一个人工核反应 14N 17O p
或 14N ( , p)17O 1919年，卢瑟福
(2) 第一个在加速器上实现的核反应
p7Li 1932年，考克拉夫和瓦耳顿