放射性与辐射..ppt

放射性与辐射 19世纪末的三大发现：1.)1895：伦琴（德）X射线 （1901 第一届诺贝尔物理奖）2.)1896：贝克勒尔（法）铀放射性 1898：玛丽 居里（法）钋、镭 3.)1897：汤姆孙 从阴极射线管 电子 放射性衰变规律的研究（居里夫妇、卢瑟福）a,b,g 射线 氦，电子 光 1 放射性 物质的放射性物质的放射性 放射性：有许多核素都能自发地发射出各种射线的现象，或称辐射。本质：原子核的衰变过程 结果：原子核放出射线，由一种元素转变成另一种元素。母体：衰变前的放射性同位素；子体：衰变过程中产生的新同位素，又称放射成因同位素 1.放射性 1.放射性 放射性原子核：放射性原子核：能自发地放射出各种射线的核素称为放射性核素。射线的种类：射线的种类：粒子辐射：a射线，b射线，宇宙射线、中子等的辐射 电磁辐射：射线、X射线等的辐射 发射正电子、质子、中子、等其它粒子。大气层中的宇宙射线成分主要是质子、中子、介子、介子、电子等。1.放射性 射线的性质射线的性质：铀、镭、钋等元素能放出一些射线，射线看不见，但能穿透光所不能穿透的物体（如黑纸）使照相底片感光。，三种射线在磁场中的分裂 世界上第一张世界上第一张X光照片光照片 1.放射性 2.核衰变类型 衰变衰变 b b衰变衰变 衰变衰变 1)衰变（衰变（Alpha）:射线:氦核 的粒子流，质量为氢原子质量的四倍，带两个单位的正电荷 衰变通式：AZX A-4Z-2Y+Q AZX 母核母核 A-4Z-2Y 子核子核 出射粒子出射粒子 Q 能量能量 例例：22688Ra 22286Rn+42He（）（镭镭 氡氡）He422.核衰变类型+从母核中射出 的4He原子核 a粒子得到大部分衰变能 238U4He+234Th 放射性母核!a a衰变衰变 2.核衰变类型 a a衰变衰变241241AmAm 237237NpNp 2.核衰变类型 2)-衰变衰变(Beta-negatron)射线:高速飞行的电子流，称为 粒子 衰变通式：nP+-+Q+-AZX AZ+1Y+-+Q+-：负电子：负电子 n：中子：中子 P：质子：质子 -：反中微子：反中微子 例：3215P3216S+2.核衰变类型 基本衰变基本衰变b b衰变（动画）衰变（动画）2.核衰变类型 b b衰变衰变3 3H H 3 3HeHe 2.核衰变类型 说明：说明：i.-粒子实质是电子粒子实质是电子，质量为质量为 0.000549u,带一个负电带一个负电荷荷。ii.-粒子比核的质量小几千倍粒子比核的质量小几千倍几十万倍几十万倍，因此因此，-粒粒子从原子核带走的能量很少子从原子核带走的能量很少。iii.-粒子的能谱是一个连续值，粒子的能谱是一个连续值，E-的值可以从的值可以从0最大最大值。值。iv.E0是是-粒子的最大能量值，一般图表上给粒子的最大能量值，一般图表上给E-即是即是E0.2.核衰变类型 3)+衰变衰变(Beta-pasitron)Pn+Q+V AZXAZ-1Y+Q+V +:正电子正电子 ：中微子：中微子 2.核衰变类型 正正b b衰变衰变1111C C 1111B B 2.核衰变类型+发生原因母核中子或质子过多 质子转变成中子，并且 带走一个单位的正电荷 中子转变成质子，并且 带走一个单位的负电荷+反中微子 中微子 三种子体分享裂变能因此电子具有连续能量 b b衰变衰变 2.核衰变类型 2.核衰变类型 已知的具有b放射性的核素有一千多种，其中轻核和重核都可能放射出b射线。由中子辐照稳定核素所产生的大多数放射性核素都具有b放射性，因此b辐射源通常可以用反应堆中子辐照得到。单能电子可由电子加速器提供。4)衰变衰变（Gamma ray decay）射线：波长比X射线更短的电磁即光子流 衰变通式：AZXmAZX+例例 6027Co6028Ni+b+钴钴 11349In11349In+铟铟 2.核衰变类型+中微子 g g光子 2.核衰变类型 g衰变特点：1、从原子核中发射出光子 2、常常在 a 或 b 衰变后核子从激发态退激时核能级跃迁 时产生。3、产生的射线能量离散，是单能的 4、可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别 5、g光子的能量在几十keV到几MeV，放射性核素有两千 多种。2.核衰变类型 g g衰变衰变3 3HeHe 3 3HeHe 2.核衰变类型 衰变衰变 -衰变衰变 +衰变衰变 g g 衰变衰变 5)电子俘获电子俘获（Electeon Capture EC）通式：通式：P+e-n+AZX+e-AZ-1Y+Q+例：例：5526Fe+e-5525Mn 2.核衰变类型 质子变成中子 X射线 电子俘获电子俘获 2.核衰变类型 电子俘获电子俘获7 7BeBe 7 7Li Li 2.核衰变类型 2.核衰变类型 注：x和g射线都是电磁辐射，电荷都为0，静止质量为0，都具有波粒二象性，其本质是电磁场的携带者或者是电磁相互作用的传递者。二者的根本区别在于来源不同：g射线是原子核结构变化而发射出的辐射 X射线是核外电子绕行轨道改变而发射出的辐射 衰变形式衰变形式 放出射线放出射线 原子序数变化原子序数变化 原子质量数变化原子质量数变化 42He -2 -4 -e-(负电子负电子)+1 0 +e+(正电子正电子)-1 0 h(光子光子)0 0 Ec h(光子光子)-1 0 3.放射性核衰变的结果放射性核衰变的结果 位移定则 衰变的反应式为 它表示在衰变中，放射性元素X的原子核放出一个粒子()，蜕变成一种新元素Y，其原子核的质量数比原来元素的质量数减少4，而电荷数减少2，即在周期表中的位置移前两位。HeYXAZAZ4242He42衰变的反应式为 它表示在衰变中，原子核放出一个粒子()时，新元素原子核的质量数不变，而电荷数增加1，即在周期表中的位置移后一位。eYXAZAZ011e01 放射性元素因衰变或衰变而引起元素原子序数变动的规则，称为位移定则。原子核进行 衰变时，核的能级发生变化，而核的组成不发生变化，元素在周期表中的位置不变。射线射线 径迹径迹 射程射程 电比离度电比离度 LET 直线直线 气：气：2.4-11cm 生物：生物：0.030.07mm 30000离子离子对对/cm 大大 曲线曲线 气气:几十几十Cm几几m 60-100离子离子对对/Cm 中中 直直-曲线曲线 气气:几十几十m 金属：几十金属：几十cm几几m 很少，很少，的的1%小小 1.几种射线的性质几种射线的性质 4 各种核射线的特点各种核射线的特点 射线射线 速度速度 电荷电荷 静止质量静止质量（amu）E（Mev）能谱能谱 1/20C 2 4.0027 4-9 单值单值 1/3C 1 0.00549 0-最大最大 连续值连续值 C 0 0 约等于核约等于核二能级单二能级单值之差值之差 单值单值 接上表：接上表：多次衰变：多次衰变：ABCS 式中：式中：S：稳定性核素：稳定性核素，其余具放射性其余具放射性。例如：例如：23892u23490Th23491Pa23492u206Pb 铀铀 钍钍 镁镁 铅铅 5 放射系放射系(radioactive series)放射性核素衰变为另一种核素，此核素还要继放射性核素衰变为另一种核素，此核素还要继续衰变，最后到达一种稳定的核素，形成放射系，续衰变，最后到达一种稳定的核素，形成放射系，也称级联衰变链。也称级联衰变链。已知三天然一人工。已知三天然一人工。(4)镎系：镎镎系：镎()铋铋().A=4n+1,4n+1系。系。93237Np83209Bi(3)锕系：锕锕系：锕()铅铅().A=4n+3,4n+3系。系。89227Ac82207Pb(2)铀系：铀铀系：铀()铅铅().A=4n+2,4n+2系系。92238U82206Pb(1)钍系：钍钍系：钍()铅铅().A=4n,4n系系。Th3239082208Pb5 放射系放射系(radioactive series)6 中子辐射 中子辐射主要由核反应产生，而不是核衰变产生。中子不带电，与物质相互作用与其他射线不同。6.1 中子类型中子类型 冷中子：En0.5ev 共振中子：En=1eV1keV 中能中子：En：1Kev-0.5Mev 快中子：En：0.5Mev-10Mev 超快中子：En：20Mev50Mev 中子 6.2 中子的性质 中于的质量略大于质子。自由中子不稳定，它具有衰变的性质 实验测得中子的半衰期T1/210.6min。与中子和物质相互作用过程的时间相比，这个时间是很长的。也就是说，中子在衰变之前就已经被原子核俘获了。所以通常可将它视为稳定粒子 中子的自旋为12，磁矩为一1.9228N。bpn6.2 中子的性质 中子与其他微观粒子一样，在适当条件下会呈现出波动性质。中子波长与它的动能Tn及动量pn有以下关系 当中子的速度vnc时，有 nphnnTmh26.2 中子的性质 中子与物质作用时，其波性是否明显，主要取决于它的波长和它所作用系统的相对大小。热中子的波长与固体原子之间的距离相当，这种中子通过晶体时，其波性就很显著。快中子的波长与原子核大小同数量级，这种中子与物质作用时，对核作用过程来说，表现出一定的波性。但对原子作用过程来说其波性就可以忽略了。6.3 中子源 为了研究和利用中子，需要有产生中子的装置。获得中子的途径有两个：核反应和核裂变。具体获得中子的方法大致分为三类：利用放射性核素产生中子：(，n)型中子源；(,n)型中子源；自发裂变中子源 6.3 中子源 利用加速荷电粒子产生中子：加速器中子源为了获得单能中子，通常用粒子加速器将p，d，等荷电粒子加速，然后用它们去轰击原子质量数比较低的靶核，产生(p,n)，(d,n)，(,n)反应。利用核反应堆获得中子：裂变材料(如235U，239Pu等)在核反应堆中进行模式反应时放出大量中子，反应堆中子源的中子能量是连续的，从0.001eV至十几MeV都有。7 感生放射性 用核粒子轰击稳定的核素可以产生出人工的放射性核素。激活或活化（反应）通常把稳定的核素吸收一个中子后转变成放射性核素的过程称为 把生成的放射性核素叫做活化产物。感生放射性 活化产物因为核内中子过剩还要进行衰变。活化产物衰变时产生的发射性称为感生放射性。7 感生放射性 用中子轰击或照射稳定同位素 59Co（钴），则可产生放射性同位素 60Co。60Co原子再进行衰变，同时发出射线，变成稳定同位素 60Ni（镍）原子。这个过程可写成：59Co 60Co 60Ni 60Co是活化产物，它们衰变产生的、射线即为感生放射性。7 感生放射性 反应堆一回路水中的稳定同位素16O（氧）吸收中子，同时发射出质子，产生出放射性核素16N（氮），16N原子再进行衰变，并发出射线，变成稳定的16O 16O 16N 16O 16N是活化产物，它们衰变产生的、射线即为感生放射性。二、原子核的衰变规律和放射性活度 1.1.原子核衰变的基本规律原子核衰变的基本规律 1)1)指数衰减规律指数衰减规律 N=NN=N0 0e e-t t （说明）N N0:0:（t=0t=0）时放射性原子）时放射性原子 核的数目核的数目 N:N:经过经过t t时间后未发生衰变的放射时间后未发生衰变的放射性原子核数目性原子核数目 :放射性原子核衰变常数放射性原子核衰变常数 大小只与原子核本身性质大小只与原子核本身性质 有关，与外界条件无关有关，与外界条件无关;数值越大衰变越快数值越大衰变越快 N=NN=N0 0e e-t t 1.1.原子核衰变的基本规律原子核衰变的基本规律 说明:设在dt时间内，某放射源中的放射性原子核的数目因衰变而引起的变化量为dN，它与原来的原子核数目N、衰变时间dt成正比。原子核数目随时间而减少，dN为负，即dN=-Ndt 衰变常数：为比例恒量，只与元素本身性质有关，与外界条件及核素本身的化学状态无关，反映原子核衰变的快慢程度 1.1.原子核衰变的基本规律原子核衰变的基本规律 积分，lnN=-t+C（C为积分常数）。设t=0时，原子核数目为N0，代入上式得C=lnN0，因此可