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1、贝克勒尔与居里夫妇,居里夫妇,第一章原子核与放射性物理基础,1)“原子”概念的提出 古希腊时代 哲学思辩,泰勒斯:万物源于水自然现象归于自然物质 水 空气 土 火 等,德谟克利特:万物由原子构成,原子是物质世界的共同基础.不能再分割.原子 思辩性概念,思辩球,思辩性“原子”在沉睡了 2000 多年后,2）1803道耳顿原子科学概念球,科学概念球,公元前4世纪德寞克利特,1803道尔顿,1911卢瑟福,1913玻耳,1932海森堡,？,人类认识物质“基本砖块”历程,电子,2000 多年,6 0 多 年,100,1990年代“基本砖块”轻子 12夸克 36媒介子 13希格斯粒子 1合计 62其中
2、2个粒子尚未发现：引力子和希格斯粒子。,1964夸克,原子结构,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!,一 基本衰变类型:衰变,衰变241Am 237Np,发生原因母核中子或质子过多,质子转变成中子，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,基本衰变类型:衰变,中微子,原子轨道电子被俘获,基本衰变衰变（动画）,Radiocarbon Formation and Exchange,衰变3H 3He,延迟的中子发射过程产物-缓发中子,裂变中子中有0.6%的缓发中子使得热中子反应堆可控！,正衰变11C 11B,电子俘获,电
3、子俘获7Be 7Li,基本衰变类型:衰变,3）衰变,137 Cs 137 Ba*（激发态）母核-衰变 衰变 137 Ba+射线（661.7 keV）子核（基态）（0.0）,光子是什麽？（学生举例说明光子的来源和分类）射线就是高能量的光子：几百keV-MeV 量级 衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃 迁，在这个过程中发射 射线，原子核能态降低。射线是高能量的电磁辐射 光子,衰变:,特点：1、从原子核中发射出光子2、常常在 或 衰变后核子从激发态退激 时发生3、产生的射线能量离散4、可以通过测量光子能量来区分母体的核素 类别,衰变3He 3He,衰变,-衰变,+衰变,衰变,二 衰变规律
4、 半衰期(half-live),1.3.3 放射性衰变基本规律,1 指数衰减规律 N=N0e-t N0:（t=0）时放射性原子 核的数目N:经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数 大小只与原子核本身性质 有关，与外界条件无关;数值越大衰变越快,N=N0e-t,衰变规律:,核辐射与物质的基本作用,。原子。,n,物 质：气体 液体 固体 包括人体 等,微观粒子间碰撞有动量和能量的传递 库仑作用 1 电离作用 2 电离效应,二 带电粒子通过物质,自由电子,正离子,+靶原子 正离子+电子+4He+Ar Ar+e-+4He,物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对：正离
5、子和自由电子,+,e-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,库仑作用,射线与射线电离效应比较,射线 射线径迹 粗 直 细 弯,电离作用强 电离作用严重 产生离子对数目多,电离作用 Z1Z2/v2 Z1 入射粒子原子序数 Z1 靶粒子原子序数 v 入射粒子速度,实验结果,粒子径迹是一条直线 5.3 MeV粒子在空气中 的射程3.83 cm,电子径迹是折线,射线对物质的电离作用:两步过程,三种作用效应 光电效应 康普顿效应 电子对效应 产生次级电子,电离效应次级
6、电子使物质原子电离,射线,第 1 步初级作用,第 2 步次级作用,光电效应,自由电子,作用机制光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子，光子本身消失了。+A A*+e-（光电子）原子 A+X 射线,原子,受激原子,电子对效应能量1.02 MeV 的射线与原子核作用可能产生一对正-负电子。,M M+e+e-1+2 1.02 MeV me me 0.511MeV 0.511MeV基本条件：射线能量 E 1.02 MeV 为什麽？,能量转化成质量M=E/C2,3 轫致辐射,电子打在荧光屏上产生X射线电视机显像管,特征:x 射线能量连续
7、0 EMax(电子能量)电视机 高压15 kV 电子束能量15 keV x 射线能量 0-15 keV,应注意玻璃含有40K U Th,产生机制,原子核,4 正电子湮灭,正电子与负电子相遇发生湮灭，产生两个 0.511 MeV的 光子。,e+e-+me+me-=0.511+0.511 MeV 质量转化为能量 转化效率(100%）,相互作用系数,质量减弱系数质量能量转移系数质量能量吸收系数,相互作用系数,碰撞阻止本领辐射阻止本领总阻止本领,中子不带电不能直接使原子电离 但中子容易进入原子核内同原子核发生作用引起核反应,1）与 H 原子核的弹性碰撞 传递能量 质子跑出来 中子被慢化 n+H n+p
8、 第一步 打出质子（载能）第二步 质子引起物质电离 慢化剂:轻水(1H2O)重水(2D2O),五 中子与物质的作用,n,H,n,n,p,电离,2）中子核反应 例如(n,p)反应 n+14N 14C+p 第一步 核反应产生质子 第二步 质子对物质产生 电离作用,n,p电离,14N,14C,人体有大量 H 和 N 原子 中子对人体电离效应严重 伤害也严重,1,2,电离辐射 直接或间接使介质发生电离效应的带电或不带电的射线或粒子(能量 keV)、x、n、p、裂变碎片 介子等 来 源 1)放射性物质(人造 天然）2)加速器3)反应堆 4)宇宙射线 5)地球环境,电离辐射和非电离辐射,非电离辐射 紫外线、红外线、微波等这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生电离效应 eV 量级移动电话 800-1800 MHz 0.01 eV(没有电离作用）,
