核輻射測量基礎知識

核輻射測量基礎知識核輻射(nuclearradiation)

核的變換nuclidetransformation

來源粒子加速器particleacceleration

宇宙射線cosmicrayfromouterspace

產(chǎn)生機理角度

地-空界面上伽瑪射線的來源從空間分布角度人工放射性7.2%大氣核試驗核工業(yè)與核技術(shù)應用核醫(yī)學診斷陸地放射性80.0%鈾系列核素釷系列核素鉀-40其它核素宇宙射線12.8%電離成份10.5%中子2.3%一些核輻射的特征:TypeofparticlesymbolCharge(relative)ApproximaterestmassRestmassneutronn011.008982Protonp111.007593Deuterond122.014187Tritont133.01645Alphaparticlea244.002777positronβ+e+11/18400.000549Electronsorbetaparticleβ-e--11/18400.000549μmesonμ±1210/18400.115∏∏±1276/18400.152GammarayγneutrinovFissionfragment20952核輻射的分類

快電子

帶點粒子輻射重電子粒子

γray

電磁輻射

xray

非帶電輻射中子輻射源1快電子源fastelectronsource1.1β衰變betadecay

反應式

initialfinalantineutrinosnuclidenuclide反沖核（recoilnuclide):E幾乎為0小于電離閾能中微子：與β粒子分配衰變能Q值。β粒子的能量是連續(xù)的缺點：不是單能電子源（monoenergeticelectrons)

1.2內(nèi)轉(zhuǎn)換電子internalconversion

過程：β衰變

母核

能量是單能的母核：處于激發(fā)態(tài)發(fā)射光子內(nèi)轉(zhuǎn)換1.3俄歇電子Augerelectron

特征x射線原子殼層中的電子空位

俄歇電子特點：能量較小入射粒子光電子特征X射線俄歇電子1.4電子加速器Accelerator

燈絲加熱是豐富的電子源電子從表面逸出時，起能量小于1ev

電壓差電子獲得的能量

1V1eV1000V10keV2000V20keV

大型電子加速器能加速到幾MeV

2重帶電粒子源

2.1α衰變Alphadecay

特點：1）能量單一

5.358Mev2）封裝薄

0.09%金屬箔

0.1435.456Mev28%0.0435.49Mev72%

2.2自發(fā)裂變spontaneousfission

原則上所有重核都可能自發(fā)地裂變成兩個輕核碎片。超鈾元素自發(fā)裂變幾率高動量守恒原理兩個碎片相向發(fā)射能量由兩碎片帶走伴隨產(chǎn)生中子、γ射線電磁輻射源

3.1伴隨β衰變的γ輻射xraysfollowingbetadecayγ射線的產(chǎn)生：受激態(tài)原子核向較低能級躍遷時產(chǎn)生

22Na1）發(fā)生的時間ns級以下

EC10%2）單能

β+90%3）β衰變的半衰期較長

1.274excidednuclidestate4）核的退激

γ1transformationgroundstate

3.2湮沒輻射Annihilationradiation

與β-衰變相伴隨正電子失去動能之后與負電子相結(jié)合產(chǎn)生兩個方向相反的0.511MeV的光子。湮沒輻射的時間極短。

0.511MeV的光子與原γ輻射在探測器中相疊加形成能量較大的光電源。一般β+源的封裝材料都能阻止正電子。

3.3伴隨核反應產(chǎn)生的γ射線follownuclearreaction

例如：

Er=4.44Mev

時間長2×1011s單能

3.4軔致輻射

1）產(chǎn)生：高速電子受核庫侖場阻止而改變方向產(chǎn)生

2）連續(xù)譜continuespectrum

從0～Emax（最大電子能量）

3.5特征x射線

產(chǎn)生：原子殼層電子躍遷--原子退激時間ns級

Augerelectron競爭過程熒光產(chǎn)額fluorescentfield

光子能量

產(chǎn)生方式：

a)excitingbyRadioactivedecay①電子俘獲electroncapture②內(nèi)轉(zhuǎn)換internalconversationb)外部輻射激發(fā)excitedbyexternalradiationc)同步輻射synchrotronradiation放射性的歷史放射性(radioactivity)這一名詞首次首次被利用是MarieCurie。在1898,她首先用來描述能發(fā)出電離輻射(ionizingradiation)的物質(zhì)的外部特征,進一步證明了電離輻射與電磁輻射的差別。放射性的最早研究者：倫琴（Roentgen);1895年，倫琴用陰極射線（電子束）在放電管壁上的作用產(chǎn)生x射線（x–ray)。首先發(fā)現(xiàn)放射性：1896年，貝可勒爾(Becquerel)發(fā)現(xiàn)鈾礦石使膠卷暴光，稱之為radiationactives。

1898年，施密特發(fā)現(xiàn)釷（Th）具有與鈾礦石相同的特征。

1899年，盧瑟福（Rutherford）和歐文斯（Owens）發(fā)現(xiàn)射氣（emanation)現(xiàn)象。

1901年，Pierre和MarieCurie發(fā)現(xiàn)鐳（Ra）之后又發(fā)現(xiàn)了釙（Po）。通過研究鈾釷礦石的放射性，發(fā)現(xiàn)Ra比鈾釷具有更強的放射性，于是從瀝青中提煉出鐳

1903年，Becquerel和MarieCurie夫婦分別獲得物理諾貝爾獎。

1911年，MarieCurie獲得化學NobelPrizeforisolatiing

radium（Pierrediedin1906）。

MarieCuriediedin1934attheageof67yearsasaresultofprolongedexposuretoradioactivityRa.

1911年，盧瑟福（Rutherford）用α射線轟擊各種原子，觀測到α射線發(fā)生偏折，從而確定了核結(jié)構(gòu)，并提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型，從而奠定了原子結(jié)構(gòu)和原子核結(jié)構(gòu)的研究基礎。此后不久，玻爾提出了原子的殼結(jié)構(gòu)和電子在原子中的運動規(guī)律，同時建立了描述微觀世界的量子力學。

1919年，在卡文迪許實驗室，實現(xiàn)了人工核蛻變核反應，它是用α粒子轟擊氦核能放出質(zhì)子，反應式如下：

1932年，發(fā)現(xiàn)中子（neutron)。

1934年，人工放射性核素合成成功。

單位和定義(unitanddefinition)

1.放射性活度

放射性核素的衰變率單位:/sBecquerel(國際單位)Curie(Ci):1g純Ra的活度

1Bq=3.7×1010Ci

放射性比活度specificactivity

描述單位質(zhì)量的放射性同位素樣品的放射性活度

specificactivity=

能量energy

傳統(tǒng):

電子伏(eV)KeV

MeV

一個電子經(jīng)過1伏電壓差加速所達到的動能

國際單位SI:

焦耳Jjoule1eV=1.602×10-19J

光子能量與輻射頻率的關系:

輻射照射量

在輻射防護中的物理量γ射線照射量

def:γ射線在質(zhì)量為dm的空氣體積元內(nèi)形成的次級電子

(負,正電子)完全被阻止在空氣中時所產(chǎn)生的電離電荷dQ X=dQ/dmSI單位庫侖/kgC/kg

歷史單位倫琴R1R=2.58×10-4C/Kg

輻射量描述的是空間某一點(無源)γ射線強度,是通過一定通量的γ射線對空氣體積元的作用來定義的.

基本問題

①按x的定義,累計次級電子的電離電荷量一直到次級電子路徑終止.②距單位放射活度的源在已知點的照射量(點源).a)源足夠小,能保持球形條件,光子通量不隨1/d2而減小.b)x,γ射線在源和測量點之間的空氣或其他物質(zhì)沒有吸收

c)只有從源到測量點的光子才有貢獻,忽略周圍介質(zhì)物質(zhì)中的散射光子表示所有從輻射源發(fā)出的能量大于的光子都對劑量有貢獻.而能量小于的光子由于吸收等而無實際意義。

典型同位素源的值

Cesium3.3Cobalt-570.9Cobalt-6013.2Radium-2268.25Sadi