核辐射物理基础
核物理学重点知识总结(期末复习必备)
核物理学重点知识总结(期末复习必备)
核物理学重点知识总结（期末复必备）
1. 核物理基础知识
- 核物理的定义：研究原子核内部结构、核反应以及与核有关
的现象和性质的学科。
- 原子核的组成：由质子和中子组成，质子带正电，中子无电荷。
- 质子数（原子序数）：表示原子核中质子的数量，决定了元
素的化学性质。
- 质子数与中子数的关系：同位素是指质子数相同、中子数不
同的原子核。
2. 核反应与放射性
- 核反应定义：原子核发生的转变，包括衰变和核碰撞产生新核。
- 放射性定义：原子核不稳定，通过放射射线（α、β、γ射线）变为稳定核的过程。
- 放射性衰变：α衰变、β衰变和γ衰变。
3. 核能与核能应用
- 核能的释放：核反应过程中，原子核质量的变化引发能量的
释放。
- 核能的应用：核电站、核武器、核医学、核技术等领域。
- 核电站工作原理：核反应堆中的核裂变产生的能量转换为热能，再通过蒸汽发电机转换为电能。
4. 核裂变与核聚变
- 核裂变：重核（如铀）被中子轰击后裂变成两个或更多轻核
的过程，释放大量能量。
- 核聚变：两个轻核融合成一个较重的核的过程，释放更大的
能量。
- 核裂变与核聚变的区别：核裂变需要中子的引发，核聚变则
需要高温和高密度条件。
5. 核辐射与辐射防护
- 核辐射：核反应释放的射线，包括α射线、β射线、γ射线等。
- 辐射防护：采取合理的防护措施，减少人体暴露在核辐射下
的危害。
以上是对核物理学的一些重点知识进行的总结。
在期末复习中，希望这些内容能对你有所帮助！。
2核物理基础知识及辐射防护
＋
decay）
原子核衰变时释放出β ＋射线（正电子）的衰变 方式正电子衰变（positron decay）。 核内中子过少致不平衡。 质子转化为中子过程。 β
＋
p
n+e+
γ
24
正电子衰变（ β＋ decay）
β +衰变发生于核内中子数相对过少或 认为是质子过剩的放射性核素。
γ 衰变是伴随其它衰变而产生；
常是在α 衰变、β 衰变或核反应之后形 成的。
29
γ 衰变（ Gamma decay ）
γ 衰变后子核质量数和原子序数均不变 ，只是能级状态的改变，称为同质异能 跃迁（isomeric transition，IT）。
γ 内转换电子
原子因电子空位处于激发态退激时发射标识能量较高的光子与原子核外电子碰撞将一部分能量传递给电子使之脱离原子轨道束缚成为高速运行的电子而光子本身能量降低运行方向发生改变称为康普顿效应comptoneffect58当光子能量大于1022mev时其中1022mev的能量在物质原子核电场作用下转化为一个正电子和一个负电子称为电子对生成
32
SPECT及全身骨显像： 99mTc
33
三种衰变的比较
Comparison of three decay
α 衰变质量、质子数都变； β 衰变质子数变，质量数不变；
γ 衰变质子、质量数都不变，而 能量改变。
注：A0为初始时间的放射性活度，A为经过t时 间的放射性活度。
39
放射性活度 radioactivity，A
放射性活度的国际制单位：贝可勒尔 （Becquerel，Bq） 1Bq表示放射性核素在1s内发生一次衰 变。
核物理基础知识
核基础知识：一、电磁辐射（Electromagnetic Radiation）电磁辐射：带净电荷的粒子被加速时，所发出的辐射称为电磁辐射（又称为电磁波）。
电磁辐射：能量以电磁波形式从辐射源发射到空间的现象。
电磁频谱中射频部分是指：频率约由3千赫(KHZ)至300吉赫(GHZ)的辐射。
包括形形色色的电磁辐射，从极低频的电磁辐射至极高频的电磁辐射。
两者之间还有无线电波、微波、红外线、可见光和紫外光等。
电磁辐射有近区场和远区场之分，它是按一个波长的距离来划分的。
近区场的电磁场强度远大于远区场，因此是监测和防护的重点。
电磁污染：分为天然电磁辐射和人为电磁辐射两种。
大自然引起的如雷、电一类的电磁辐射属于天然电磁辐射类，而人为电磁辐射污染则主要包括脉冲放电、工频交变磁场、微波、射频电磁辐射等。
电磁辐射危害人体的机理，电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等。
1、热效应：人体70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到体内器官的正常工作。
2、非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁场的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏，人体也会遭受损伤。
3、累积效应：热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前，再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态，危及生命。
电磁辐射作用:（1）医学应用：微波理疗活血，治疗肿瘤等（2）传递信息：通信、广播、电视等（3）目标探测：雷达、导航、遥感等（4）感应加热：电磁炉、高频淬火、高频熔炼、高频焊接、高频切割等（5）介质加热：微波炉、微波干燥机、塑料热合机等（6）军事应用：电子战、电磁武器等《电磁辐射防护规定》具体标准如下：职业照射：在每天8小时工作期间内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率（SAR）小于0.1W/kg。
公众照射：在一天24小时内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率（SAR）应小于0.02W/kg。
核辐射物理基础07
z着重研究射线穿过物质时经受的能量损失、角度偏转和 在物质中的吸收
重带电粒子与物质的相互作用 电子与物质的相互作用 γ射线与物质的相互作用
7-1 重带电粒子与物质的相互作用
一．重带电粒子与靶物质原子碰撞时的几种主要效应 1．电离
原电离，产生的自由电子叫次级电子 次电离，产生的次级电子称为δ电子 原电离和次电离之和为总电离
m
=
17
1 . 48 Eβ max
其中，μm的单位为cm2/g，Eβmax单位是MeV。上式适用的能量范围是0.15MeV<Eβmax<3.5MeV
使β射线的强度减弱一半（即I/I0=1/2）的吸收层厚度，称为半衰减层厚度或半吸收厚 度，记作d1/2。d1/2和μm的关系为：d1/2=0.693/μm
¾ 光电效应截面
hν<<mec2时，K层的光电截面为：
σK
1 2/7 ~Z ( ) hv
5
光子在L、M壳层上的光电效应相对于K壳层，几率较 小。若用σph表示光电效应总截面，则有：
σ
Ph
5 = σ 4
K
光电效应截面随光子能量增大而减小，随Z的增大而增大。
2．康普顿散射
在康普顿效应中，γ光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞， 一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而散射 光子的能量和运动方向发生变化。 光子的能量是否全部损失 康普顿效应与光电效应不同 被作用电子所在壳层不同
通常采用铅对γ射线进行防护或屏蔽
思考：
1. 如何屏蔽X射线？
2. 采取何种措施能对中子进行有效防护或屏蔽？ 答：利用中子易与轻核作用发射带电粒子的反应，因而
可采用含16O、10B、6Li丰富的轻物质（采用轻物质是利 用中子与轻核间通过弹性散射能很快损失能量） ，然后 还要做好γ防护（因为生成核通常是不稳定的）。这就 是反应堆的防护层是由水、混凝土组成的原因。
核物理与辐射防护基本知识课件
继发作用
由于生物活性大分子的损伤，继而发生的组织细胞代谢的变化、 功能和结构的破坏等作用。
继发作用所致的细胞和组织器官的损伤可以被机体的再生和代偿 能力修复，但有时或有的个体在修复后可在DNA中发生基因突变， 这是导致遗传效应和远期癌变的重要原因。
38
39
40
41
42
43
44
2.电离辐射的生物学效应分类
随机性效应剂量效应曲线特征
频率
10
8
6
4
2
0
0
2
4
剂量
严 重 程 度
剂量
49
• 1968年8月，美国某医疗单位进行诊断时， 为一名病人静脉注射198Au。按要求本应注 入7.4MBq，但却错误地注入了7400MBq。 估算结果表明，患者不同组织器官受到了 大剂量辐射的照射，肝脏和脾脏分别达73 Gy，肠6Gy，红骨髓为4.4Gy。临床表现为 肝、脾缩小，持续性血小板减少，间歇性 血尿及结膜下出血等。入院后68d突然出 现头晕，剧烈头疼，感觉迟钝等。后来 症 状不断加重，意识未能恢复，导致死亡。
19
想一想
解释一下
为什么人造放射性同位 素应用比天然放射性物质应 用广泛呢？
和天然放射性物质相比，人造放射性同位素 的放射强度容易控制，还可以制成各种所需的形 状。特别是它的半衰期比天然放射性物质短得多， 因此放射性废料容易处理。
20
① 农业技术
用放射性同位素制成肥料和农药，利用探测 器可以了解农作物对肥料和农药的吸收部位、吸 收过程、吸收效率以及在做物体体内的分布。
第一章 核物理与辐射防护基本知识
1
2
3
4
5
6
7
核辐射物理知识点总结
核辐射物理知识点总结核辐射物理是一门研究核能放射性衰变、核反应、离子辐射和电磁辐射等现象的学科，涉及核物理、粒子物理、原子物理、化学物理等多个学科知识。
核辐射物理对于我们了解宇宙的起源和演化、研究原子核结构和核反应、应用核技术等方面都有着重要的意义。
本文将介绍核辐射物理的基本概念、辐射种类、辐射防护、核裂变和核聚变等方面的知识点，希望能为读者提供一些参考。
一、核辐射的基本概念1.1 核辐射的定义核辐射是指原子核发生自发性变化时放出的一种高能射线。
这种高能射线能够穿透物质，使物质产生电离、激发和损伤等作用，因此具有很强的穿透能力和生物学危害性。
1.2 核辐射的种类核辐射主要包括α射线、β射线、γ射线和中子射线四种。
其中，α射线是一种带正电荷的粒子束，由氦原子组成，其穿透能力相对较弱；β射线是高速电子束，其质子数变化，穿透能力大于α射线；γ射线是一种电磁波，其能量较高，能够穿透物质达数厘米，具有很强的穿透能力；中子射线是由中子组成的射线，穿透能力最强，很难被阻挡。
1.3 核辐射的单位核辐射的单位有居里（Ci）、贝克勒尔（Bq）、辐（rad）、格雷（Gy）等。
其中，居里是衡量放射性核素活度的单位，1居里等于1秒内放出2.7×10^10次核变化；贝克勒尔是国际单位制中用于衡量放射性衰变速率的单位，1贝克勒尔等于1秒内有1个核衰变事件发生；辐是国际单位制中用于衡量辐射吸收剂量的单位，1辐等于1克组织吸收1爱因斯坦能量；格雷是国际单位制中用于衡量辐射吸收剂量的单位，1格雷等于1焦尔/千克。
1.4 核辐射的生物学危害核辐射对人体的生物学危害主要表现在辐射照射后会对细胞和组织产生电离、激发和损伤，导致遗传变异和癌症等疾病。
因此，正确了解核辐射的危害性并采取适当的防护措施是非常重要的。
二、核辐射的辐射防护2.1 核辐射的防护原则核辐射的防护原则包括时间原则、距离原则、屏蔽原则和个人防护原则。
在实际工作中，人们可以通过缩短接触辐射源的时间、增加与辐射源的距离、使用屏蔽材料和配备防护设备等方式来降低辐射的危害。
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：
核物理基础与辐射防护辐射防护课件
核物理基础与辐射防护辐射防护
8
人工辐射
• 与核相关的人为活动引起的对公众的照射主要包括： （1）核武器生产、试验； （2）核能生产； （3）核技术应用； （4）核事故； （5）电离辐射在医学诊断和治疗中的应用 • 环境中，大气核试验是地域分布最广的人工辐射源（人人
有份）； • 环境中，医疗照射是公众接受人工照射的最大来源，约占
妇女、学生的职业照射
核物理基础与辐射防护辐射防护
43
公众照射
核物理基础与辐射防护辐射防护
44
慰问者及探视人员的剂量限值
核物理基础与辐射防护辐射防护
45
2.次级限值
核物理基础与辐射防护辐射防护
46
3、导出限值
• 审管部门以年平均有效剂量限值为基础，通过 合理的模式推导出的限制，称为导出限制。如 导出空气浓度、导出食入（饮水和食物）浓度、 放射性物质表面污染控制水平、工作场所的剂 量率及可以向环境介质中释放的放射性物质的 量等，都属于导出限值。
孕妇检查
应避免对孕妇做下腹检查；骨盆测量也不宜进行，如确有必 要也要限制在妊娠最后3个月进行，并写明理由
不该做的检查
转诊前已查明，用其它手段（如B超）可做的诊断；即使是 癌症患者，已确诊或治疗后就不应再过多使用X线检查
医学研究
应注意伦理上的问题，应尊重受照人意愿，而且必须在其了 解事实的基础上进行
核物理基础与辐射防护辐射防护
+20d
+39d
核物理基础与辐射防护辐射防护
32
6.皮肤随机性效应
核物理基础与辐射防护辐射防护
33
三、辐射防护的基本原则
辐射防护关心的是，既要保护个人和他们的后 代以及全体人类，又要允许进行那些可能产生 辐射照射的必要活动。所以，辐射防护的目的： 防止有害的非随机性效应，并限制随机性效应 的发生率，使之达到认为可被接受的水平。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
总电离 = 原电离 + 次电离
A. Number of Ion Pairs Formed
电离能W：带电粒子在气体中产生一
电子离子对所需的平均能量。
对不同的气体， W大约为30eV 若入射粒子的能量为 E0 ，当其能量全 部损失在气体介质中时，产生的平均离子 对数为：
电子的吸附现象对气体探测器产生的是 正面 or 负面影响？ 气体探测器的工作气体应尽量选择吸 附系数小的气体，在不得已采用时，将 会影响探测器的性能。
D. 复合(Recombination) 有两个过程：电子与正离子，或负离子 与正离子，相遇时可能复合成中性的原子 或分子。 Recombination ＋ e— ＋
C. 电子的吸附和负离子的形成
电子在运动过程中与气体分子碰撞时可 能被气体分子俘获，形成负离子，这种现 象称之为吸附效应。
Electron attachment
e-
Negative ion
每次碰撞中被电子俘获的概率称为吸附 系数 h。 h大(h >10-5)的气体称为负电性气体。
4 h 10 3 例如O2、H2O，的 h 10 ，卤素达
辐射探测的基本过程：
辐射粒子射入探测器的灵敏体积； 入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积 能量； 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的 输出信号。
辐射探测器学习要点（研究问题）：
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。
2 2
离子漂移速度
离子的迁移率
E u P
电场强度
气体压强
约化场强
对于自由电子： 电子与气体分子发生弹性碰撞时，每次损 失的能量很小，因此，电子在两次碰撞中 由外电场加速的能量可积累起来。直到使 它的弹性碰撞能量损失和碰撞间从电场获 得的能量相等，或发生非弹性碰撞为止。 达到平衡状态时，即损失能量等于从电场 获得的能量时，电子的平均能量为: 1 3 2 me v e kT 2 2
8.2 电离室的工作机制与输出回路
电离室的工作方式可分为：
1) 脉冲型工作状态 记录单个入射粒子的电离效应，处于 这种工作状态的电离室称为：脉冲电离 室 2) 电流型或累计型工作状态 记录大量入射粒子平均电离效应或总 电离效应，处于这种工作状态的电离室 称为：电流电离室或累计电离室。
1、电离室的基本结构
复合引起的离子对数目的损失率：
n n n n t t
为复合系数
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。
气体探测器
Gas－filled Detector
第八章
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
入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用， 使电子获得能量而引起原子的电离或激发。
A、离子和电子在外加电场中的漂移
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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”。
对于离子： 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
N E0 W
几种气体电离能ω(eV)和最低电离电位I0(eV)
二. 电子和离子在气体中的运动 (外加电场下)
气体分子被电离后, 生成的电离电子和正离子存在 下列几种运动情况:
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。
cm 10 (1)电子漂移速度一般为：
6
s
s
离子漂移速度一般为： 10 3 cm
这是因为电子的质量比离子小约103倍，而 其平均自由程比离子大数倍，因而在平均自 由程内电子将获得较大的动能，从而有更大 的漂移速度。
(2)电子的漂移速度对组成气体的组分极为 灵敏
在单原子分子气体中（如卤素）加入少量 多原子分子气体（如CO2、H2O等）时， 电子的漂移速度有很大的增加。
不同类型的电离室在结构上基本相同. 典型结构有平板型和圆柱型。 均包括：
高压极(K)：正高压或负高压； 收集极(C)：与测量仪器相联的电极， 处于与地接近的电位； 保护极(G)：又称保护环，处于与收集 极相同的电位； 负载电阻 (RL) ：电流流过时形成电压 信号。
这是因为多原子气体分子的激发电位很低，因而在单原子分 子气体中加入少量后，电子做杂乱运动的程度降低，从而漂 移速度相应增大。
B. 扩散(Diffusion) 在气体中电离粒子的密度是不均匀的， 原电离处密度大。由于其密度梯度而造成 的离子、电子的定向运动叫扩散。
由气体动力学，可得到扩散方程：
j D n
称为电子温度，是场强的函数。
电子的漂移速度与约化场强不成正比， 可用函数表示：
ue f E
P
这个函数关系均由试验测定。一般给出 的是实验曲线(如图)。 电子漂移速度对气体成分很敏感， 少量某种气体的混入就可显著提高电子 漂移速度。
下图给出了电子在几种气体中的漂移速度。
电子与离子在气体中在外电场作用下的 漂移速度的主要区别为：
电子或离子 的扩散系数
电子或离子 粒子流密度
电子或离 子密度
若电离粒子的速度遵守麦克斯韦分布，则 扩散系数 D 与电离粒子的杂乱运动的平均 速度 v 之间的关系为：
1 D v 3
平均自由程
电子的平均自由程和乱运动的平均 速度都比离子的大，因此其扩散系数比 离子的大，因而电子的扩散效应比离子 的严重。