辐射防护基础知识ppt课件.ppt

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1、内蒙古自治区辐射环境监督站内蒙古自治区辐射环境监督站 刘刘 桂桂 芳芳 20092009年年年年1111月月月月 辐射防护基础知识辐射防护基础知识118961896年，法国科学家亨利贝可勒尔（年，法国科学家亨利贝可勒尔（年，法国科学家亨利贝可勒尔（年，法国科学家亨利贝可勒尔（H.BecquerelH.Becquerel）发现，从铀的化合物中自发地发射出穿透力很强的不可见发现，从铀的化合物中自发地发射出穿透力很强的不可见发现，从铀的化合物中自发地发射出穿透力很强的不可见发现，从铀的化合物中自发地发射出穿透力很强的不可见射线，它能穿透纸而使里面的照相底片感光。这一发现改射线，它能穿透纸而使里面的照

2、相底片感光。这一发现改射线，它能穿透纸而使里面的照相底片感光。这一发现改射线，它能穿透纸而使里面的照相底片感光。这一发现改变了原子是物质不可分割的最小单位的认识。从此，自然变了原子是物质不可分割的最小单位的认识。从此，自然变了原子是物质不可分割的最小单位的认识。从此，自然变了原子是物质不可分割的最小单位的认识。从此，自然科学从原子时代进入了原子核时代。科学从原子时代进入了原子核时代。科学从原子时代进入了原子核时代。科学从原子时代进入了原子核时代。第一章第一章 原子核结构及其衰变原子核结构及其衰变2 2第一节第一节 原子核结构及有关的一些常用术语原子核结构及有关的一些常用术语 原子是保持元素化学

3、性质的最小粒子，原子是保持元素化学性质的最小粒子，原子是保持元素化学性质的最小粒子，原子是保持元素化学性质的最小粒子，1911 1911 年卢瑟年卢瑟年卢瑟年卢瑟福（福（福（福（R.C.RUtherfordR.C.RUtherford ）根据）根据）根据）根据 粒子的散射实验提出了原粒子的散射实验提出了原粒子的散射实验提出了原粒子的散射实验提出了原子的核式模型的假设子的核式模型的假设子的核式模型的假设子的核式模型的假设 ,即原子是由原子核和核外电子所即原子是由原子核和核外电子所即原子是由原子核和核外电子所即原子是由原子核和核外电子所组成。原子中央是带正电的原子核，电子在核外围绕核组成。原子中央

4、是带正电的原子核，电子在核外围绕核组成。原子中央是带正电的原子核，电子在核外围绕核组成。原子中央是带正电的原子核，电子在核外围绕核运动。由于电子质量很小（运动。由于电子质量很小（运动。由于电子质量很小（运动。由于电子质量很小（me=9.109389710me=9.109389710-31-31kgkg），），），），所以原子的质量基本上集中于原子核所以原子的质量基本上集中于原子核所以原子的质量基本上集中于原子核所以原子的质量基本上集中于原子核(原子核的重量是电原子核的重量是电原子核的重量是电原子核的重量是电子的子的子的子的18461846倍倍倍倍)。原子是电中性的。原子是电中性的。原子是电中性

5、的。原子是电中性的。一一、原子核结构简介、原子核结构简介 3 3现代原子结构现代原子结构原子核中子质子电子(电子云)+原原子子的的直直径径约约为为1010-10-10米。米。原原子子核核在在中中心心约约原原子直径的子直径的1/100001/10000。原子的质量几乎全原子的质量几乎全集中在原子核上集中在原子核上电子的质量仅为质电子的质量仅为质子质量的子质量的1/18401/1840。一个电子所带的电一个电子所带的电荷为荷为1.61.61010-19-19库库仑（仑（C C），），定义为定义为单位电荷。单位电荷。4 4二、二、有关原子核的一些术语有关原子核的一些术语 这一术语在核辐射防护中经常用

6、到，这一术语在核辐射防护中经常用到，它是指核内具有一定数目的中子和质子，它是指核内具有一定数目的中子和质子，并处于同一能态的一类原子。核素用符并处于同一能态的一类原子。核素用符号号AZX表示，其中表示，其中X代表元素符号，代表元素符号，A为为质量数，质量数，Z为核电荷数。为核电荷数。1、核素：核素：5 5实际上核素符号实际上核素符号实际上核素符号实际上核素符号X X X X和质子数和质子数和质子数和质子数Z Z Z Z具有唯一、确定的关系，所以用符具有唯一、确定的关系，所以用符具有唯一、确定的关系，所以用符具有唯一、确定的关系，所以用符号号号号A A A AX X X X足以表示一个特定的核素

7、足以表示一个特定的核素足以表示一个特定的核素足以表示一个特定的核素 原子核的表示原子核的表示核子数核子数质子数质子数中子数中子数元素符号元素符号原原子子质质量量单单位位等等于于一一个个碳碳12核核素素原原子子质质量量 的的 1/12，记记 为为 u。1u=1.660565510-27 kg。质质子子和和中中子子质质量量几几乎乎一样，分别为：一样，分别为：mp=1.00727644umn=1.00866522u6 6原子核物理常用术语及意义原子核物理常用术语及意义 核子数、中子数核子数、中子数、质子数质子数和和能态能态只要有一个不同，就是不只要有一个不同，就是不同的核素。同的核素。两种核素，两种

8、核素，A A同，同，Z Z、N N 不同。不同。两种核素，两种核素，N N 同，同，A A、Z Z 不同。不同。两种核素，两种核素，Z Z 同，同，A A、N N 不同。不同。6060Co Co 60m60mCo Co 两种核素，两种核素，A A、Z Z、N N 同，能态不同。同，能态不同。7 7 核核素素一一般般分分为为放放射射性性核核素素和和稳稳定定核核素素。锶锶-90，钚钚-239等等具具有有放放射射性性的的核核素素称称为为放放射射性性核核素素。碳碳-12，氧氧-16等等非非放放射射性性的的核核素素称称为为稳稳定定核核素素。到到目目前前，包包括括人人工工制制造造的的不不稳定元素，人们已经

9、知道有稳定元素，人们已经知道有100多种元素。多种元素。8 8 同位素是指原子核内具有相同的同位素是指原子核内具有相同的质子数和不同的中子数的那些核素。质子数和不同的中子数的那些核素。同位是指该同位素的各核素在元素周同位是指该同位素的各核素在元素周期表中处于同一个位置期表中处于同一个位置,它们具有基本它们具有基本相同的化学性质。相同的化学性质。2、同位素和同位素丰度：、同位素和同位素丰度：9 9 如：铀如：铀-238、铀、铀-235与铀与铀-234等均为铀等均为铀元素的同位素元素的同位素,而氢的同位素包括了而氢的同位素包括了11H（氕）、（氕）、21H（氘）、（氘）、3 1H（氚）三种核素。某

10、些元素，（氚）三种核素。某些元素，例如锰、铍、氟、铝等在天然条件下例如锰、铍、氟、铝等在天然条件下,只存在只存在一种核素一种核素,称为单一核素而不能说它们只有一称为单一核素而不能说它们只有一种同位素。核素和同位素是两个不同的术语，种同位素。核素和同位素是两个不同的术语，切勿混为一谈。切勿混为一谈。1010 某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰度。例如天然存在氧的同位素有三种核为同位素丰度。例如天然存在氧的同位素有三种核为同位素丰度。例如天然存在氧的同位素有三种核

11、为同位素丰度。例如天然存在氧的同位素有三种核素素素素 :1616O O 1717O O 1818O,O,其天然含量的百分比即同位素的其天然含量的百分比即同位素的其天然含量的百分比即同位素的其天然含量的百分比即同位素的丰度分别为丰度分别为丰度分别为丰度分别为99.756%,0.039%,0.205%99.756%,0.039%,0.205%。天然铀的。天然铀的。天然铀的。天然铀的同位素有两种，同位素有两种，同位素有两种，同位素有两种，238238U U 和和和和235235U U，其天然同位素的丰度，其天然同位素的丰度，其天然同位素的丰度，其天然同位素的丰度分别为分别为分别为分别为99.276%

12、99.276%和和和和0.724%0.724%。氢的同位素有三种。氢的同位素有三种。氢的同位素有三种。氢的同位素有三种1 11 1H H 2 21 1H H 3 3 1 1H H，其丰度分别为，其丰度分别为，其丰度分别为，其丰度分别为1 11 1H99.985%,H99.985%,2 21 1H H为为为为0.015%,0.015%,3 3 1 1H H在天然中不存在。在天然中不存在。在天然中不存在。在天然中不存在。1111 是指那些具有相同的质量数是指那些具有相同的质量数A和原子序数和原子序数Z，但处在不同能态的核素。一般在元素符号，但处在不同能态的核素。一般在元素符号的左上角质量数的左上角

13、质量数 A 后加上字母后加上字母 m 表示表示，如锑如锑-124，锑，锑-124m1;锝锝-99，锝，锝-99m等。等。3、同质异能素：、同质异能素：1212 1896年，法国科学家亨利贝可勒尔年，法国科学家亨利贝可勒尔（HBecquerel）发现用黑纸包的铀盐仍可）发现用黑纸包的铀盐仍可以使照相底片感光，实验结果说明铀盐可以以使照相底片感光，实验结果说明铀盐可以放射出能透过黑纸的射线，由此发现了天然放射出能透过黑纸的射线，由此发现了天然放射性。放射性。第二节第二节 放射性及原子核衰变的主要类型放射性及原子核衰变的主要类型一、一、放射性放射性1313 在磁场中研究这种射线的性质时，证明它是由三

14、在磁场中研究这种射线的性质时，证明它是由三在磁场中研究这种射线的性质时，证明它是由三在磁场中研究这种射线的性质时，证明它是由三种成分组成的。种成分组成的。种成分组成的。种成分组成的。其中一个成分在磁场中的偏转其中一个成分在磁场中的偏转其中一个成分在磁场中的偏转其中一个成分在磁场中的偏转方向与带正电的离子流的偏转方向相同；另方向与带正电的离子流的偏转方向相同；另方向与带正电的离子流的偏转方向相同；另方向与带正电的离子流的偏转方向相同；另一个成分与带负电的离子流的偏转方向相同；一个成分与带负电的离子流的偏转方向相同；一个成分与带负电的离子流的偏转方向相同；一个成分与带负电的离子流的偏转方向相同；第

15、三个成分则不发生任何偏转，继续沿着直第三个成分则不发生任何偏转，继续沿着直第三个成分则不发生任何偏转，继续沿着直第三个成分则不发生任何偏转，继续沿着直线方向前进。线方向前进。线方向前进。线方向前进。这三种射线分别叫做这三种射线分别叫做这三种射线分别叫做这三种射线分别叫做 射线、射线、射线、射线、射线和射线和射线和射线和 射线。射线。射线。射线。14141515 （1 1）射线是高速运动的氦原子核（又称射线是高速运动的氦原子核（又称射线是高速运动的氦原子核（又称射线是高速运动的氦原子核（又称 粒子）粒子）粒子）粒子）组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。组成的，所以它在磁场中的偏转方向

16、与正离子流相同。组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。它的它的它的它的电离作用大电离作用大电离作用大电离作用大，贯穿本领小贯穿本领小贯穿本领小贯穿本领小。它在空气中的射程只。它在空气中的射程只。它在空气中的射程只。它在空气中的射程只有有有有几个厘米几个厘米几个厘米几个厘米。（2 2）射线是高速运动的电子流，它的射线是高速运动的电子流，它的射线是高速运动的电子流，它的射线是高速运动的电子流，它的电离作用较电离作用较电离作用较电离作用较小，贯穿本领较大小，贯穿本领较大小，贯穿本领较大小，贯穿本领较大,在空气中的射程因其能量的不同而在空气中的

17、射程因其能量的不同而在空气中的射程因其能量的不同而在空气中的射程因其能量的不同而有较大差异，一般为有较大差异，一般为有较大差异，一般为有较大差异，一般为几米至十几米几米至十几米几米至十几米几米至十几米。（3 3）射线是波长很短的电磁波，所以在磁场中不射线是波长很短的电磁波，所以在磁场中不射线是波长很短的电磁波，所以在磁场中不射线是波长很短的电磁波，所以在磁场中不发生偏转。它发生偏转。它发生偏转。它发生偏转。它具有间接电离作用具有间接电离作用具有间接电离作用具有间接电离作用，贯穿本领很大贯穿本领很大贯穿本领很大贯穿本领很大,在空在空在空在空气中的射程通常为气中的射程通常为气中的射程通常为气中的射

18、程通常为几百米几百米几百米几百米。进一步的研究证明：进一步的研究证明：1616 现在知道，有许多天然的和人工生产的核素现在知道，有许多天然的和人工生产的核素都能自发地发射各种射线。有的发射都能自发地发射各种射线。有的发射射线，有射线，有的发射的发射射线，有的发射射线，有的发射射线，有的在发射射线，有的在发射射射线或线或射线的同时也发射射线的同时也发射射线，有的三种射线射线，有的三种射线均发射。铀发射的射线就是由三种不同成分的射均发射。铀发射的射线就是由三种不同成分的射线组成，即线组成，即、和和射线。此外，原子核还有发射线。此外，原子核还有发射正电子、质子、中子、重离子等其它粒子以及射正电子、质

19、子、中子、重离子等其它粒子以及自发裂变的情况。自发裂变的情况。1717 由于原子核自发的变化而放射出各种射线由于原子核自发的变化而放射出各种射线的现象，称为的现象，称为原子核的放射性原子核的放射性。能自发地放。能自发地放射各种射线的核素，叫射各种射线的核素，叫放射性核素放射性核素。实验证。实验证明，对放射性核素加温、加压或加电磁场，明，对放射性核素加温、加压或加电磁场，都不能抑制或显著改变其放射性。除了原子都不能抑制或显著改变其放射性。除了原子核的放射性，现在已被广泛应用的还有射线核的放射性，现在已被广泛应用的还有射线装置，它们主要有装置，它们主要有X射线机、粒子加速器、中射线机、粒子加速器、

20、中子发生器等。子发生器等。1818二、二、原子核衰变类型原子核衰变类型 在原子核的衰变中，发生衰变的原子在原子核的衰变中，发生衰变的原子核叫核叫母核母核，衰变后所产生的核叫，衰变后所产生的核叫子核子核。放。放射性原子核的衰变主要有三种类型，它们射性原子核的衰变主要有三种类型，它们分别叫做分别叫做衰变、衰变、衰变和衰变和跃迁跃迁。1919A A A A1 1衰变衰变 原子核自发地放射出原子核自发地放射出原子核自发地放射出原子核自发地放射出 粒子而转变成另外一种原子粒子而转变成另外一种原子粒子而转变成另外一种原子粒子而转变成另外一种原子核的过程，叫做核的过程，叫做核的过程，叫做核的过程，叫做 衰变

21、衰变衰变衰变。经过。经过。经过。经过 衰变以后，子核的质量衰变以后，子核的质量衰变以后，子核的质量衰变以后，子核的质量数比母核减少数比母核减少数比母核减少数比母核减少4 4，原子序数减少，原子序数减少，原子序数减少，原子序数减少2 2，其衰变式如下：，其衰变式如下：，其衰变式如下：，其衰变式如下：ZXZ-2 Y+a 其中：其中：其中：其中：X X为母核，为母核，为母核，为母核，Y Y为子核，为子核，为子核，为子核，A A为质量数，为质量数，为质量数，为质量数，Z Z为原子序为原子序为原子序为原子序数。数。数。数。射线实际上就是带两个正电荷的氦射线实际上就是带两个正电荷的氦射线实际上就是带两个正

22、电荷的氦射线实际上就是带两个正电荷的氦-4-4原子核，它原子核，它原子核，它原子核，它们在磁场中只有轻微的偏转。们在磁场中只有轻微的偏转。们在磁场中只有轻微的偏转。们在磁场中只有轻微的偏转。22622622622688888888RaRaRaRa（母体核素）（母体核素）（母体核素）（母体核素）22222222222286868686RaRaRaRa（子体核素）（子体核素）（子体核素）（子体核素）+Q+Q+Q+Q（衰变能）（衰变能）（衰变能）（衰变能）A-42020 2衰变衰变 原子核由于自发地放射出原子核由于自发地放射出原子核由于自发地放射出原子核由于自发地放射出 粒子而转变成另外粒子而转变成

23、另外粒子而转变成另外粒子而转变成另外一种原子核的过程称为一种原子核的过程称为一种原子核的过程称为一种原子核的过程称为 衰变衰变衰变衰变。+射线是一束高速射线是一束高速射线是一束高速射线是一束高速电子流，它们在磁场中有较大的偏转。原子核的电子流，它们在磁场中有较大的偏转。原子核的电子流，它们在磁场中有较大的偏转。原子核的电子流，它们在磁场中有较大的偏转。原子核的-衰变有三种形式。它们是衰变有三种形式。它们是衰变有三种形式。它们是衰变有三种形式。它们是+衰变、衰变、衰变、衰变、-衰变和电子衰变和电子衰变和电子衰变和电子俘获，其表达式分别为：俘获，其表达式分别为：俘获，其表达式分别为：俘获，其表达式

24、分别为：2121 Z ZX XZ-1Z-1Y+Y+A A A A Z ZX XZ+1 Z+1 Y+Y+-A A A A Z ZX+eX+e-Z-1 Z-1 Y Y A A A A2222 电子俘获也是电子俘获也是电子俘获也是电子俘获也是 衰变的一种形式。所谓电子衰变的一种形式。所谓电子衰变的一种形式。所谓电子衰变的一种形式。所谓电子俘获，是原子核俘获核外某一壳层电子，该壳层俘获，是原子核俘获核外某一壳层电子，该壳层俘获，是原子核俘获核外某一壳层电子，该壳层俘获，是原子核俘获核外某一壳层电子，该壳层少了一个电子，出现一个空位。这时处于能态较少了一个电子，出现一个空位。这时处于能态较少了一个电子，

25、出现一个空位。这时处于能态较少了一个电子，出现一个空位。这时处于能态较高的电子就会跃迁到该壳层填补这个空位，多余高的电子就会跃迁到该壳层填补这个空位，多余高的电子就会跃迁到该壳层填补这个空位，多余高的电子就会跃迁到该壳层填补这个空位，多余的能量以特征的能量以特征的能量以特征的能量以特征X X射线形式放出。射线形式放出。射线形式放出。射线形式放出。2142148282PbPb（母体核素）（母体核素）（母体核素）（母体核素）2142148383BiBi（子体核素）（子体核素）（子体核素）（子体核素）+-(电子，有时也写为电子，有时也写为电子，有时也写为电子，有时也写为e)+ve)+v(反中微子反中

26、微子反中微子反中微子)+Q)+Q23233跃迁跃迁 跃迁主要包括同质异能跃迁和内转换。跃迁主要包括同质异能跃迁和内转换。跃迁主要包括同质异能跃迁和内转换。跃迁主要包括同质异能跃迁和内转换。原子核发生原子核发生原子核发生原子核发生 或或或或 衰变时，所产生的子核常常衰变时，所产生的子核常常衰变时，所产生的子核常常衰变时，所产生的子核常常处于较高的能态处于较高的能态处于较高的能态处于较高的能态 核激发态，激发态是不稳定核激发态，激发态是不稳定核激发态，激发态是不稳定核激发态，激发态是不稳定的，它要直接退激或者级联退激到基态，而当子的，它要直接退激或者级联退激到基态，而当子的，它要直接退激或者级联退

27、激到基态，而当子的，它要直接退激或者级联退激到基态，而当子核从激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时，核从激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时，核从激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时，核从激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时，就会放出就会放出就会放出就会放出 射线。这一过程叫做射线。这一过程叫做射线。这一过程叫做射线。这一过程叫做 跃迁，也叫跃迁，也叫跃迁，也叫跃迁，也叫 衰衰衰衰变。变。变。变。射线通常是在原子核进行射线通常是在原子核进行射线通常是在原子核进行射线通常是在原子核进行 衰变或衰变或衰变或衰变或 衰变中衰变中衰变中衰变中伴随发射出来的。原子核激发态存在时间很短伴随发射出来的。原子

28、核激发态存在时间很短伴随发射出来的。原子核激发态存在时间很短伴随发射出来的。原子核激发态存在时间很短（一般约（一般约（一般约（一般约1010-11-11-10-10-13-13s s），因而可以认为），因而可以认为），因而可以认为），因而可以认为 射线与射线与射线与射线与、射线同时放出。射线同时放出。射线同时放出。射线同时放出。2424 射线是光子流，其波长很短，也可以说射线是光子流，其波长很短，也可以说射线是光子流，其波长很短，也可以说射线是光子流，其波长很短，也可以说 射射射射线是波长很短的电磁波，由于它们不带电，所以线是波长很短的电磁波，由于它们不带电，所以线是波长很短的电磁波，由于它们

29、不带电，所以线是波长很短的电磁波，由于它们不带电，所以在磁场中不发生偏转。放出在磁场中不发生偏转。放出在磁场中不发生偏转。放出在磁场中不发生偏转。放出 射线的原子核其质射线的原子核其质射线的原子核其质射线的原子核其质量数、电荷数均保持不变，只是能量状态发生了量数、电荷数均保持不变，只是能量状态发生了量数、电荷数均保持不变，只是能量状态发生了量数、电荷数均保持不变，只是能量状态发生了变化，故又称这种过程为：变化，故又称这种过程为：变化，故又称这种过程为：变化，故又称这种过程为：“同质异能跃迁同质异能跃迁同质异能跃迁同质异能跃迁”。例如常用例如常用例如常用例如常用 放射源放射源放射源放射源1371

30、37CsCs和和和和6060CoCo都是由于母核发生都是由于母核发生都是由于母核发生都是由于母核发生-衰变后，子核处于较高激发态能级，在向较低衰变后，子核处于较高激发态能级，在向较低衰变后，子核处于较高激发态能级，在向较低衰变后，子核处于较高激发态能级，在向较低能态或基态跃迁时便发出光子。能态或基态跃迁时便发出光子。能态或基态跃迁时便发出光子。能态或基态跃迁时便发出光子。137137CsCs的的的的 射线能射线能射线能射线能量为量为量为量为662Kev662Kev；6060CoCo放出两个放出两个放出两个放出两个 射线，其能量分别射线，其能量分别射线，其能量分别射线，其能量分别为为为为1.17

31、Mev1.17Mev和和和和1.33Mev1.33Mev。2525 内转换内转换是指处于激发态的原子核把激发能是指处于激发态的原子核把激发能是指处于激发态的原子核把激发能是指处于激发态的原子核把激发能给予核外电子，结果使该电子从壳层发射出来，给予核外电子，结果使该电子从壳层发射出来，给予核外电子，结果使该电子从壳层发射出来，给予核外电子，结果使该电子从壳层发射出来，原子核从激发态回到基态。内转换也是原子核从激发态回到基态。内转换也是原子核从激发态回到基态。内转换也是原子核从激发态回到基态。内转换也是 跃迁跃迁跃迁跃迁的一种，因为这种跃迁不放出光子，所以又称的一种，因为这种跃迁不放出光子，所以又

32、称的一种，因为这种跃迁不放出光子，所以又称的一种，因为这种跃迁不放出光子，所以又称这种跃迁为这种跃迁为这种跃迁为这种跃迁为“无辐射跃迁无辐射跃迁无辐射跃迁无辐射跃迁”。电子由于内转换。电子由于内转换。电子由于内转换。电子由于内转换被发射出去，外层电子填补空位仍可能发射特被发射出去，外层电子填补空位仍可能发射特被发射出去，外层电子填补空位仍可能发射特被发射出去，外层电子填补空位仍可能发射特征征征征X X射线。射线。射线。射线。除了以上的三种衰变方式以外，原子核还除了以上的三种衰变方式以外，原子核还除了以上的三种衰变方式以外，原子核还除了以上的三种衰变方式以外，原子核还可能发生其它的衰变，如正电子

33、衰变，自发裂可能发生其它的衰变，如正电子衰变，自发裂可能发生其它的衰变，如正电子衰变，自发裂可能发生其它的衰变，如正电子衰变，自发裂变等，但我们日常遇到的基本上就是这样三种变等，但我们日常遇到的基本上就是这样三种变等，但我们日常遇到的基本上就是这样三种变等，但我们日常遇到的基本上就是这样三种衰变，其它的衰变方式很少碰到。衰变，其它的衰变方式很少碰到。衰变，其它的衰变方式很少碰到。衰变，其它的衰变方式很少碰到。2626第三节第三节 放射性衰变规律放射性衰变规律一、一、放射性衰变规律放射性衰变规律 原子核发生衰变时，母核由于不断生成子原子核发生衰变时，母核由于不断生成子原子核发生衰变时，母核由于不

34、断生成子原子核发生衰变时，母核由于不断生成子核，因此随着时间核，因此随着时间核，因此随着时间核，因此随着时间t t的增加，母核数目将不断减的增加，母核数目将不断减的增加，母核数目将不断减的增加，母核数目将不断减少。通过大量的测量得出，少。通过大量的测量得出，少。通过大量的测量得出，少。通过大量的测量得出，任何一种放射性核任何一种放射性核任何一种放射性核任何一种放射性核素衰变都遵从下面的指数衰变规律：素衰变都遵从下面的指数衰变规律：素衰变都遵从下面的指数衰变规律：素衰变都遵从下面的指数衰变规律：N=NN=N0 0 *e e-t-t No No为起始时刻（为起始时刻（为起始时刻（为起始时刻（t=0

35、t=0）放射性原子核的数目。）放射性原子核的数目。）放射性原子核的数目。）放射性原子核的数目。N N为为为为t t时刻放射性原子核的数目。时刻放射性原子核的数目。时刻放射性原子核的数目。时刻放射性原子核的数目。2727 以以222n（常称氡射气）的（常称氡射气）的衰变为例，衰变为例，把一定量的氡射气单独存放，实验发现，在把一定量的氡射气单独存放，实验发现，在大约大约4天之后氡射气的数量减少一半，经过天之后氡射气的数量减少一半，经过8天减少到原来的天减少到原来的1/4，经过，经过12天减到天减到1/8，一，一个月后就不到原来的个月后就不到原来的1/100了。衰变情况见图了。衰变情况见图a，如果以

36、氡射气的数量的自然对数为纵坐标，如果以氡射气的数量的自然对数为纵坐标，以时间为横坐标作图，见图以时间为横坐标作图，见图b，则可得到线性，则可得到线性方程。方程。2828 222222RnRn的衰变规律图的衰变规律图 图图 a a 图图 b b2929 当同一类核素的许多放射性原子核放在当同一类核素的许多放射性原子核放在一起时，我们不能预测某个原子核在某个时一起时，我们不能预测某个原子核在某个时刻将发生衰变。实际上，衰变是一个统计的刻将发生衰变。实际上，衰变是一个统计的过程，大量的放射性原子核会先后发生衰变，过程，大量的放射性原子核会先后发生衰变，总的效果是随着时间的流逝，放射源中的原总的效果是

37、随着时间的流逝，放射源中的原子核数目按一定的规律减少。子核数目按一定的规律减少。3030二、二、衰变常数、半衰期衰变常数、半衰期1 衰变常数衰变常数 上式中常数上式中常数上式中常数上式中常数 称之为称之为称之为称之为衰变常数，是表征原子衰变常数，是表征原子衰变常数，是表征原子衰变常数，是表征原子核发生衰变或发生同质异能跃迁几率的一个常数，核发生衰变或发生同质异能跃迁几率的一个常数，核发生衰变或发生同质异能跃迁几率的一个常数，核发生衰变或发生同质异能跃迁几率的一个常数，量纲是时间的倒数量纲是时间的倒数量纲是时间的倒数量纲是时间的倒数（s s-1-1，minmin-1-1，d d-1-1，a a-

38、1-1）。）。）。）。显然，显然，显然，显然，的大小决定了放射性核素衰变的快慢，的大小决定了放射性核素衰变的快慢，的大小决定了放射性核素衰变的快慢，的大小决定了放射性核素衰变的快慢，越大，衰变越快；越大，衰变越快；越大，衰变越快；越大，衰变越快；越小，衰变越慢。越小，衰变越慢。越小，衰变越慢。越小，衰变越慢。反映原子反映原子反映原子反映原子核本身的特性，不同的放射性核素，衰变常数核本身的特性，不同的放射性核素，衰变常数核本身的特性，不同的放射性核素，衰变常数核本身的特性，不同的放射性核素，衰变常数 不同，不同，不同，不同，既不随外界条件如温度、压力、电磁场既不随外界条件如温度、压力、电磁场既不

39、随外界条件如温度、压力、电磁场既不随外界条件如温度、压力、电磁场以及核素的化学状态等条件而变化，也与这种核以及核素的化学状态等条件而变化，也与这种核以及核素的化学状态等条件而变化，也与这种核以及核素的化学状态等条件而变化，也与这种核素如何形成的或何时形成的都无关。素如何形成的或何时形成的都无关。素如何形成的或何时形成的都无关。素如何形成的或何时形成的都无关。31312半衰期半衰期 表征放射性核素自发核跃迁的另一参表征放射性核素自发核跃迁的另一参数是半衰期，它数是半衰期，它是指某种特定能态的放射是指某种特定能态的放射性核素因发生自发核跃迁而减少到原来原性核素因发生自发核跃迁而减少到原来原子核数一

40、半所需的时间。子核数一半所需的时间。用用T1/2表示，量纲：表示，量纲：年（年（a）、天（）、天（d）、小时（）、小时（h）、分）、分（min）和秒（）和秒（s）。）。不同的放射性核素不同的放射性核素T1/2的差别可能很的差别可能很大，如：大，如：238U：T1/2=45108a，镭衰变产生，镭衰变产生的氡的氡-222（室内监测项目），（室内监测项目），T1/2=3.825d。3232 T1/2与与的关系：的关系：T T1/21/2=ln2/=0.693/=ln2/=0.693/，可见，可见，可见，可见T T1/21/2与与与与 成反比关系，即成反比关系，即成反比关系，即成反比关系，即T T1

41、/21/2愈长，衰变常数就愈小；愈长，衰变常数就愈小；愈长，衰变常数就愈小；愈长，衰变常数就愈小；T T1/21/2愈短愈短愈短愈短,愈大。如愈大。如愈大。如愈大。如 2382389292U U的的的的=4.88310=4.88310-18-18s s-1-1,2222228686RnRn的的的的=2.09610=2.09610-6-6S S-1-1。指数衰减规律在核辐射防护、放射性同位素的应用和指数衰减规律在核辐射防护、放射性同位素的应用和指数衰减规律在核辐射防护、放射性同位素的应用和指数衰减规律在核辐射防护、放射性同位素的应用和生产等方面，都有重要用途。从放射性衰变的指数规律，生产等方面，

42、都有重要用途。从放射性衰变的指数规律，生产等方面，都有重要用途。从放射性衰变的指数规律，生产等方面，都有重要用途。从放射性衰变的指数规律，可知某一放射性核素，当经过可知某一放射性核素，当经过可知某一放射性核素，当经过可知某一放射性核素，当经过n n个个个个T T1/21/2以后，则尚未衰变掉以后，则尚未衰变掉以后，则尚未衰变掉以后，则尚未衰变掉的核数仅为原来核数的（的核数仅为原来核数的（的核数仅为原来核数的（的核数仅为原来核数的（1/21/2）n n，从而可以知道该放射性，从而可以知道该放射性，从而可以知道该放射性，从而可以知道该放射性核素的现存量。如出厂活度为核素的现存量。如出厂活度为核素的

43、现存量。如出厂活度为核素的现存量。如出厂活度为100mci100mci钴钴钴钴-60-60放射源，其半放射源，其半放射源，其半放射源，其半衰期为衰期为衰期为衰期为5.275.27年，经过若干年后的现存活度为：年，经过若干年后的现存活度为：年，经过若干年后的现存活度为：年，经过若干年后的现存活度为：3.23.2年后年后年后年后:65.65mci;5.27:65.65mci;5.27年后年后年后年后:50mci;10.6:50mci;10.6年后年后年后年后:25mci;15.27:25mci;15.27年年年年后后后后:13.43mci:13.43mci。33333放射性活度及其单位放射性活度及

44、其单位 衰变规律衰变规律N=N0*e-t，所描述的是，所描述的是放射性核的数目随时间的衰减，由于测量放射性核的数目随时间的衰减，由于测量放射性核素的数目很不方便，而且往往没放射性核素的数目很不方便，而且往往没有必要，我们所感兴趣的又便于测量的是：有必要，我们所感兴趣的又便于测量的是：在单位时间内有多少核发生了衰变的数目。在单位时间内有多少核发生了衰变的数目。3434 单位时间内某种原子核衰变的数目，叫做该单位时间内某种原子核衰变的数目，叫做该放射性物质的放射性活度，通常用放射性物质的放射性活度，通常用A表示。放射表示。放射性活度和放射性核数目具有同样的指数衰减规性活度和放射性核数目具有同样的指

45、数衰减规律，即：律，即：A=N=*N0*e-t=A0*e-t，式中，式中，A0=*N0是放射源的初始放射性活度。是放射源的初始放射性活度。由于历史的原因由于历史的原因,放射性活度曾采用居放射性活度曾采用居里（里（Ci）为单位。开始）为单位。开始1Ci 定义为定义为 lg 的镭每秒的镭每秒钟衰变的数目。钟衰变的数目。3535 1950 年，为了统一起见，国际上共同规定：年，为了统一起见，国际上共同规定：一个放一个放射源每秒钟有射源每秒钟有 3.7 1010 次核衰变定义为一个居里，即：次核衰变定义为一个居里，即：1Ci=3.7 1010/s 在在 1975 年国际计量大会上，规定了放射性活度在年

46、国际计量大会上，规定了放射性活度在国际单位制中是秒的倒数（国际单位制中是秒的倒数（s-1），叫贝可勒尔叫贝可勒尔(Becquerel)，简称贝可，记为简称贝可，记为Bq。lBq 等于放射性物等于放射性物质在质在 1 秒钟内有秒钟内有 1 个原子核发生衰变。其表达式如下：个原子核发生衰变。其表达式如下：l Bq=1 次衰变次衰变/秒秒 1Bq=1/s 显见显见,1Ci=3.7 lO10 Bq另外另外,1Ci=1103mci=1106ci;1mci=3.7 lO7Bq;1ci=3.7 lO4Bq。3636 应该指出，放射性活度仅仅是指单位时间内原应该指出，放射性活度仅仅是指单位时间内原应该指出，放

47、射性活度仅仅是指单位时间内原应该指出，放射性活度仅仅是指单位时间内原子核衰变的数目，而不是指某种放射性核素所包含子核衰变的数目，而不是指某种放射性核素所包含子核衰变的数目，而不是指某种放射性核素所包含子核衰变的数目，而不是指某种放射性核素所包含的原子核的数目或在衰变过程中放射出的粒子数目。的原子核的数目或在衰变过程中放射出的粒子数目。的原子核的数目或在衰变过程中放射出的粒子数目。的原子核的数目或在衰变过程中放射出的粒子数目。有些原子核在发生一次衰变时可能放出多个粒子。有些原子核在发生一次衰变时可能放出多个粒子。有些原子核在发生一次衰变时可能放出多个粒子。有些原子核在发生一次衰变时可能放出多个粒

48、子。例如放射源例如放射源例如放射源例如放射源 137137Cs Cs，假如在某一时间间隔内有，假如在某一时间间隔内有，假如在某一时间间隔内有，假如在某一时间间隔内有 100 100 个原子核发生衰变个原子核发生衰变个原子核发生衰变个原子核发生衰变 ,但放出的粒子数却不止但放出的粒子数却不止但放出的粒子数却不止但放出的粒子数却不止 100 100 个，个，个，个，其中放出最大能量为其中放出最大能量为其中放出最大能量为其中放出最大能量为1.17MeV 1.17MeV 的电子有的电子有的电子有的电子有 6 6 个；放出个；放出个；放出个；放出最大能量为最大能量为最大能量为最大能量为 0.512MeV

49、 0.512MeV 的电子有的电子有的电子有的电子有 94 94 个，并伴随有个，并伴随有个，并伴随有个，并伴随有 94 94 个能量为个能量为个能量为个能量为 0.662MeV 0.662MeV 的光子，因此总共放出的光子，因此总共放出的光子，因此总共放出的光子，因此总共放出 194 194 个粒子。个粒子。个粒子。个粒子。3737 在实际工作中除放射性活度外，还经常在实际工作中除放射性活度外，还经常用到用到“比放射性活度比放射性活度”或或“比活度比活度”的概念。的概念。比放射性活度就是单位质量放射源的放射性比放射性活度就是单位质量放射源的放射性活度，即：活度，即：a =A/m 式中式中 m

50、 为放射源的质量，比放射性活度为放射源的质量，比放射性活度的单位为的单位为 Bq/kg。与单位体积合用，就表示单位体积内的比与单位体积合用，就表示单位体积内的比放射性活度，如放射性活度，如 Bq/L。3838第四节第四节 辐辐 射射一、电离辐射和非电离辐射一、电离辐射和非电离辐射 辐射分为电离辐射和非电离辐射。有些辐射分为电离辐射和非电离辐射。有些辐射如红外线、微波等，由于能量低，不能辐射如红外线、微波等，由于能量低，不能引起物质电离，称为非电离辐射。凡是与物引起物质电离，称为非电离辐射。凡是与物质直接或间接作用时，能使物质电离的一切质直接或间接作用时，能使物质电离的一切辐射，称为电离辐射。辐