《核物理基础》

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1、核物理基础与辐射防护一、核物理基础一)原子核结构与基本概念原了结构示意图卢瑟福模型中性原了：z=核内质了数、核电荷数、原子序数、核外电了数。物质的性质如元素的化学、物理及光谱特性与核外电子有关。1.基态(goundstate):原子核处于最低能量状态。2.激发态(excitedstate)：原了核在核反应、核裂变、核衰变后处于的高能量状态，口J表示为AmX,如"mTc("m得)。3.元索(element)：具有相同质子数的同类原子称为-•种元素。化学性质相同，物理性质可以不同。如碘和磷元素：碘：B153l12753l磷：3114P4.核素(nuclide)：具冇相同质了数和中了数

2、，并处在相同特定能量状态的原了。123T125r128T127T131T53】53】53153】531它们属于一种元素、五种核素。化学性质相同，物理性质不同。5.同位素(isotope)：相同质子数，但中子数不同，周期表上位置相同的元素互称同位素。氢：気liHM2iHM3iH6.同质异能素(nuclearisomer)：原子的质子、中子、电子数均相同，但处于不同能最状态的核素。W："43Tc(基态)T1/2=21万年W："ni43Tc(激发态)T1Z2=6.02hrm表示核素处于激发态。-)放射性衰变1・定义1）稳定性核素：原子核稳定,不会自发衰变的核素,stablenuclid

3、eo2）放射性核素（不稳定核素）：原了核处于不稳定状态，需要通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素，radionuclide。它们能白发地发出某种射线而转变为另一种核素。3）放射性衰变（核衰变）：放射性核素的原子B发地释放出--种或一种以上的射线并转变成另外一种原子的过程,radiationdecayo其衰变类型与方式取决于原子核内的网有特征，与外界坏境无关。2.放射性衰变类型1）a衰变alphadecay核子总数过多（Z>82）AzX^a-4Z-2Y+42He+Q2）衰变betadecayP-衰变：富中子核素的中子数过剩——中子转换为质子AzX->Az+1Y+p-+Uc+QP

4、+衰变：贫中子（质子过剩）核素——质子数转换为中子AzX->az.iY+卩++Ue+Q电了俘获electroncapture（EC）:贫小子核素从核外靠内层的电子轨道俘获一个轨道电子使核内质子转换为中子。AzX+0心AqY+Ue+Q3）y衰变gammadecay处于激发态的原子核向低的激发态或基态跃迁时，将过剩能量以丫光子形式发射。乂称同质界能跃迁（或Y跃迁）。通常伴随ct或卩衰变一起发生。电子俘获有时也伴随丫射线。AmzX->AzX+Y3・放射性衰变规律各种放射性核素的总放射性都随时间按指数规律衰减（随机和白发）：A=A°c入各个核索的衰变速度不一，都有口己独特的半衰期。1)物

5、理半衰期physicalhalflife(T1Z2):放射性强度衰减到原來一半所需的时间。2)生物半衰期biologicalhalflife(Tb):体内核素由于牛•物体内代谢排出过程而减少一半所需要的时间。3)有效半衰期effectivehalflife(Tcft):由于放射性物理衰变和生物排除的双重综合作用，使核素在体内放射性强度减少一半所碍的时间。l/Tcff=l/T1/2+l/Tb4.放射性强度/活度放射性强度(A)：-•定量的放射性核素，在单位时间内发牛衰变的原子核数称为放射性强度或放射性活度。放射性强度(活度)单位：贝可：表示每秒内发生核衰变次数(贝克勒尔)。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：单位质量物质内含有的放射性活度称比活度，Bq/g或Bq/molo放射性浓度radioactiveconstant：单位体积溶液内含有的放射性活度称放射性浓度，Bq/Lo%1)电离辐射与物质的相互作用1.带电粒子与物质的相互作用1)电离：高速带电粒了在穿过物质时，和物质原了中的电子发生相互作用，使轨道电了获得足够的能量脱离原子，形成正负离子对的过程叫“电离"(ionization)o1)激发：核外轨道电子从入射的带

7、电粒子获得较小能量时，便从低能级轨道跃迁到高能级轨道，使整个原子处于较高能量状态，这种现彖或过程叫“激发"(excitation)o2)散射：入射的帯电粒子(如卩射线)受到物质中原子核库仑电场的作用而改变运动方向、损失能量的过程叫散射(scattering)o3)韧致辐射：高速带电粒子穿过原子核电场受到突然阻滞，运动方向发生较人偏移，将一部分动能转化为连续能谱的电磁辐射，称“韧致辐射^(bremsstrahlung)。4)湮灭辐射：卩+粒子平均寿命10-9秒，它与物质相互作用并完