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1、核物理基礎(chǔ)與輻射防護(hù)一、核物理基礎(chǔ)一)原子核結(jié)構(gòu)與基本概念原了結(jié)構(gòu)示意圖盧瑟福模型中性原了:z=核內(nèi)質(zhì)了數(shù)、核電荷數(shù)、原子序數(shù)、核外電了數(shù)。物質(zhì)的性質(zhì)如元素的化學(xué)、物理及光譜特性與核外電子有關(guān)。1.基態(tài)(goundstate):原子核處于最低能量狀態(tài)。2.激發(fā)態(tài)(excitedstate):原了核在核反應(yīng)、核裂變、核衰變后處于的高能量狀態(tài),口J表示為AmX,如"mTc("m得)。3.元索(element):具有相同質(zhì)子數(shù)的同類(lèi)原子稱(chēng)為-?種元素?;瘜W(xué)性質(zhì)相同,物理性質(zhì)可以不同。如碘和磷元素:碘:B153l12753l磷:3114P4.核素(nuclide):具冇相同質(zhì)了數(shù)和中了數(shù)
2、,并處在相同特定能量狀態(tài)的原了。123T125r128T127T131T53】53】53153】531它們屬于一種元素、五種核素。化學(xué)性質(zhì)相同,物理性質(zhì)不同。5.同位素(isotope):相同質(zhì)子數(shù),但中子數(shù)不同,周期表上位置相同的元素互稱(chēng)同位素。氫:気liHM2iHM3iH6.同質(zhì)異能素(nuclearisomer):原子的質(zhì)子、中子、電子數(shù)均相同,但處于不同能最狀態(tài)的核素。W:"43Tc(基態(tài))T1/2=21萬(wàn)年W:"ni43Tc(激發(fā)態(tài))T1Z2=6.02hrm表示核素處于激發(fā)態(tài)。-)放射性衰變1?定義1)穩(wěn)定性核素:原子核穩(wěn)定,不會(huì)自發(fā)衰變的核素,stablenuclid
3、eo2)放射性核素(不穩(wěn)定核素):原了核處于不穩(wěn)定狀態(tài),需要通過(guò)核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能級(jí)調(diào)整才能趨于穩(wěn)定的核素,radionuclide。它們能白發(fā)地發(fā)出某種射線而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素。3)放射性衰變(核衰變):放射性核素的原子B發(fā)地釋放出--種或一種以上的射線并轉(zhuǎn)變成另外一種原子的過(guò)程,radiationdecayo其衰變類(lèi)型與方式取決于原子核內(nèi)的網(wǎng)有特征,與外界壞境無(wú)關(guān)。2.放射性衰變類(lèi)型1)a衰變alphadecay核子總數(shù)過(guò)多(Z>82)AzX^a-4Z-2Y+42He+Q2)衰變betadecayP-衰變:富中子核素的中子數(shù)過(guò)?!凶愚D(zhuǎn)換為質(zhì)子AzX->Az+1Y+p-+Uc+QP
4、+衰變:貧中子(質(zhì)子過(guò)剩)核素——質(zhì)子數(shù)轉(zhuǎn)換為中子AzX->az.iY+卩++Ue+Q電了俘獲electroncapture(EC):貧小子核素從核外靠?jī)?nèi)層的電子軌道俘獲一個(gè)軌道電子使核內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)換為中子。AzX+0心AqY+Ue+Q3)y衰變gammadecay處于激發(fā)態(tài)的原子核向低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時(shí),將過(guò)剩能量以丫光子形式發(fā)射。乂稱(chēng)同質(zhì)界能躍遷(或Y躍遷)。通常伴隨ct或卩衰變一起發(fā)生。電子俘獲有時(shí)也伴隨丫射線。AmzX->AzX+Y3?放射性衰變規(guī)律各種放射性核素的總放射性都隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減(隨機(jī)和白發(fā)):A=A°c入各個(gè)核索的衰變速度不一,都有口己獨(dú)特的半衰期。1)物
5、理半衰期physicalhalflife(T1Z2):放射性強(qiáng)度衰減到原來(lái)一半所需的時(shí)間。2)生物半衰期biologicalhalflife(Tb):體內(nèi)核素由于牛?物體內(nèi)代謝排出過(guò)程而減少一半所需要的時(shí)間。3)有效半衰期effectivehalflife(Tcft):由于放射性物理衰變和生物排除的雙重綜合作用,使核素在體內(nèi)放射性強(qiáng)度減少一半所礙的時(shí)間。l/Tcff=l/T1/2+l/Tb4.放射性強(qiáng)度/活度放射性強(qiáng)度(A):-?定量的放射性核素,在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)牛衰變的原子核數(shù)稱(chēng)為放射性強(qiáng)度或放射性活度。放射性強(qiáng)度(活度)單位:貝可:表示每秒內(nèi)發(fā)生核衰變次數(shù)(貝克勒爾)。lBq=
6、l/SBq、KBq>MBq、GBq。居里:lCi=3.7'1010BqCi、mCi、gCilBq=2.703z10-11Ci比放射性活度specificactivity:?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)內(nèi)含有的放射性活度稱(chēng)比活度,Bq/g或Bq/molo放射性濃度radioactiveconstant:?jiǎn)挝惑w積溶液內(nèi)含有的放射性活度稱(chēng)放射性濃度,Bq/Lo%1)電離輻射與物質(zhì)的相互作用1.帶電粒子與物質(zhì)的相互作用1)電離:高速帶電粒了在穿過(guò)物質(zhì)時(shí),和物質(zhì)原了中的電子發(fā)生相互作用,使軌道電了獲得足夠的能量脫離原子,形成正負(fù)離子對(duì)的過(guò)程叫“電離"(ionization)o1)激發(fā):核外軌道電子從入射的帶
7、電粒子獲得較小能量時(shí),便從低能級(jí)軌道躍遷到高能級(jí)軌道,使整個(gè)原子處于較高能量狀態(tài),這種現(xiàn)彖或過(guò)程叫“激發(fā)"(excitation)o2)散射:入射的帯電粒子(如卩射線)受到物質(zhì)中原子核庫(kù)侖電場(chǎng)的作用而改變運(yùn)動(dòng)方向、損失能量的過(guò)程叫散射(scattering)o3)韌致輻射:高速帶電粒子穿過(guò)原子核電場(chǎng)受到突然阻滯,運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生較人偏移,將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為連續(xù)能譜的電磁輻射,稱(chēng)“韌致輻射^(bremsstrahlung)。4)湮滅輻射:卩+粒子平均壽命10-9秒,它與物質(zhì)相互作用并完