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1、核工程导论,饶德林,核科学与工程学院,辐射科学 Radiation Science,核动力工程 核动力工程概论部分主要概述性地介绍当今和未来世界能源结构；核能的地位、发展概况与前景核动力以及核能的一些基本知识。 辐射科学 辐射科学发展的历史背景；辐射科学的基础知识，同步辐射；核技术应用等,辐射科学,辐射科学： 综合性学科 包括辐射物理、辐射化学、应用辐射化学和辐射工艺学、辐射生产学等 参考书： 辐射及其安全防护技术 TL7/22 核科学概论 TL/13,主要内容,一、有关辐射的基础知识 二、同步辐射及应用 三、辐射应用 课件下载： ftp:/ User：raode Password: publ
2、ic,一、有关辐射的基础知识,（一）辐射 （二）放射性与辐射 （三）射线与物质的相互作用 （四）辐射常用的物理单位 （五）辐射的防护,（一）radiation 辐射 What is radiation?,Radiation is a very general term, used to describe any process that transmits energy through space or a material away from a source.,简单的说辐射是一种能量传递,All life is dependent on small doses of electromagn
3、etic radiation. For example, photosynthesis and vision use the suns radiation,为什么谈辐色变？,看不見 摸不到 闻不到 没有感觉,懂的人不怕辐射,可测量，且很容易量 它会衰减 距离平方成反比 随时间衰减 它不会增生：不像SARS 自然界原就存在,LNT理论: （Linear No-Threshold） “线性无阈值理论”,认为任何剂量的核辐射都有害于健康。核辐射的剂量与其对生物体造成的损害程度呈一种线性关系，因而只有当核辐射的剂量为零时，才不会对生物体造成损害。 反对面：“小剂量辐射无害”的观点 有科学家指出，核辐射
4、对生物体的损伤剂量存在一个非零界限，低于这一点的核辐射不但不会对生物体产生伤害，甚至可能有益于机体健康。,Ionizing & Non-Ionizing Radiation电离与非电离辐射,Radiation that has enough energy to move atoms in a molecule around or cause them to vibrate, but not enough to remove electrons, is referred to as “non-ionizing radiation. Radiation that falls within the
5、ionizing radiation range has enough energy to remove tightly bound electrons from atoms, thus creating ions. This is Ionizing Radiation.,P11,Radiation,Nonionizing Ultraviolet, visible, infrared, microwaves, radio & TV,Ionizing Radiation capable for producing ions when interacting with matter x-rays,
6、 alpha, beta, gamma, cosmic rays,Dissociation in Chemistry,辐射分类,辐射能谱,Electromagnetic Spectrum,P17,（二） radioactivity and radiation 放射性与辐射,P18,1 放射性(radioactivity)：,放射性衰变某些物质是由不稳定的原子组成，它们能够自发地转变成较稳定的原子，并伴随着某种射线的释放过程 能够释放出射线的现象称为放射性（辐射）,2 辐射类型(radiation type),2-1 辐射(alpha radiation)： 氦原子核，带2个正电荷，质量数4u
7、特点：带正电荷、质量大、电离能力强、射程短,P20,从母核中射出 的4He原子核,粒子得到大部分衰变能,238U4He + 234Th,放射性母核!,衰变,衰变241Am 237Np,Am 镅 英文名称: Americium 原子序数:95 Np 镎 英文名称:Neptunium 原子序数:93,P22,Alpha Emitters,2-2 辐射(beta radiation)： 由原子核里发射出来的高速运动电子，带1个负电荷，质量为1/1840u 特点：带1个负电荷、射程较大、较易电离、射程较大 两种形式：+(e+)、 -(e-),P24,基本衰变衰变,P25,发生原因母核中子或质子过多,质
8、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,衰变,Beta Emitters,2-3 辐射(gamma radiation)： 由原子核里发射出来的一种电磁辐射，不带电荷 特点：不带电荷、具有波粒两相性、不易电离、射程大,本质 波长短的电磁波 速度 光速 电荷 不带电荷 射出时的速度 相同 (光速),P28,Gamma Emitters,Very few pure gamma emitters but rays accompany &/or 198 Gold-198 Au-198 Au *Treating lung pleura & peritonea
9、l cancers胸膜和腹膜癌 198 198 Au Au + 79 79 Stable nucleus, same element,P30,Gamma Emitters (cont),131 Iodine-131 I-131 I 53 *Treating thyroid cancer 131 131 I I + 53 53 Stable nucleus, same element, 衰变,- 衰变,+ 衰变, 衰变,Changes in the nucleus for alpha, beta and gamma radiation,P33,Radiation Penetration,P34,
10、2-4 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,P35,按中子能量划分为 快中子、中能中子及热中子 (l)快中子是指能量在0.1 MeV以上的中子。典 型的例子是重核裂变放出的大部分中子。 (2)中能中子是指能量在1 eV到0.1MeV之间 的中子。 (3)热中子是指能量在leV以下的中子。它是由 高能中子经弹性散射而逐渐慢化下来得到的。,P36,中子辐射通常是用人工的方法从原子核中释放出来的 中子不带电，不存在库仑势垒的阻挡，几乎任何能量的中子同任何核素都能发生反应。 中子进入原子核内引起核子反应（中子核反应neutron induce
11、d nuclear reaction），会释放大量的高能中子，高能中子具有杀伤力，会造成造血器官衰竭，消化系统损伤，中枢神经损伤等等。,3 电子伏特(electron volt) 辐射的能量单位，符号：eV， 1eV的能量相当于1个电子在通过1伏特电压时所获得的能量 1电子伏特=1.60210-19焦耳 KeV=103eV MeV=106eV 原子质量单位u=12C的1/12 E= mc2 1u=1.66*10-27kg 1u*c2=931.5MeV,4 放射性衰变机制 (radioactive decay principle),4-1 衰变(alpha decay): 不稳定的原子核释放出粒
12、子，质子数减少2，质量数减少4 衰变通式： AZX A-4Z-2Y+ +Q AZX 母核 A-4Z-2Y 子核 出射粒子 Q 能量 例：22688Ra 22286Rn + 42He（） （镭 氡） （一般重核中发生， 粒子能量为常数）,P38,4-2 衰变(alpha decay): 原子核中由于中子过多而不稳定，一个中子转变为一个质子并释放出一个e-。相反一个质子转变为一个中子并释放出一个e+ 电子的能量是连续分布的，最可能的能量约为最大能量的1/3,-衰变通式： np+-+- - ：负电子 n：中子 P：质子 - ：反中微子 例：3215P3216S+ +衰变: pn+ 例： 18F 18
13、O+ +,P40,4-3 衰变(alpha decay): 原子核在发生衰变或衰变后重新排列时，以衰变释放出的多余的能量 原子核的电荷和质量都保持不变， 原子核内部能量状态变低 比较: 同为电磁辐射， X射线来源于核外的电子跃迁（能量低） 射线源于原子核本身高激发态向低激发态电子跃迁（能量高）,P41,放射性活度（radioactivity)，简称活度 (activity) 意义：表示核素特征的一个重要辐射量 定义：在给定时刻，处于一给定能态的一定量的某种放射性核素在dt时间内发生自发核衰变和核跃迁数的期望值dN除以dt： A=dN/dt dN在时间间隔dt内该核素从该能态发生自发核跃迁数目的
14、期望值。即：单位时间内的核衰变数。,5 放射性活度单位(radioactivity unit),5 放射性活度单位(radioactivity unit),放射性活度减小规律: A：表示t时刻核素的放射性活度是多大 ：放射性衰减常数,半衰期 ：当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间称为半衰期（T1/2）。衰变常数（）与半衰期有下列关系：,P43,HALF-LIFE OF RADIOISOTOPES, Time it takes for one half of a given amount of a radioactive sample to decay,P44,计算：铯137的半衰期30年，过多少年后剩1/16了？,单位： 秒的倒数(S-1) SI单位专名： 贝可勒尔（Becquerel)，简称贝可，符号: Bq，每秒一次核衰变，1Bq=1 s-1,5 放射性活度单位(radioactivity unit),5 放射性活度单位(radioactivity unit),放射性活度的旧专用单位为居里(Curie)，简称居（C或Ci）: 1居里(Ci)=3.71010/秒 现已废除 1Bq=2.710-11居里 活度定义了样品中放射性原子核单位时间发生核衰变的数目，没有定义衰变类型及放出射线的能量。 活度相同 不表示对物质的作用相同,P46,