核辐射的工作原理_核辐射标准

核污染相关核物理基本知识

1.1 原子与原子核 原子质量数（A）＝质子数＋中子数
同位素、核素
同位素：所有的具有相同质子数和不同中子数的 原子。如：
234U 92个质子 142个中子
235U 92个质子 143个中子
238U 92个质子 146个中子
同位素具有相同的化学性质。
核素：原子核结构完全相同的核就是一种核素。也就是说，某一种元素有多少种同位素就有多少种核素。核素分为稳定和不稳定两种，我们把不稳定的核素称为放射性核素。

1.2 放射性与核辐射
1.21放射性 天然放射性与人工放射性
放射性衰变
衰变：原子能自发地转变成另一种核素的原子，并发射出某些射线或粒子。人们把不稳定核素放出射线特性叫做放射性，把不稳定核素自发地蜕变成为另一种核素的转变过程称为放射性衰变或蜕变。
原子序数从84起的所有元素都是不稳定的，具有天然放射性；而原子序数小于84的元素只有少量的某些同位素是不稳定的，具有天然放射性；人工产生的同位素都是不稳定的， 具有人工放射性。

特性：核衰变是放射性核素所具有的特征。 衰变的速度(即衰变率)由它本身的核特性决定，不受外界因素(如温度、压力、电磁场等)的影响，也不随元素的物理、化学状态的变化而改变。
1.2.2 放射性衰变规律 ：
T（半衰期）：某种放射性核素的原子核数目衰减到它初始值的一半所需要的时间。

放射性衰变规律
1.2.3 放射性活度及其单位
1.放射性活度 某种放射核素在单位时间内的衰变数(即某种放射性核素的衰变率)称之为放射性活度。

1.2.4 核辐射、核衰变及其类型
射性核素衰变时都会因核结构的变化而发射出某些射线或粒子，这就是所谓的核辐射。
放射性核素在衰变时，主要发射出三种类型的核辐射，即α粒子、β粒子和γ射线。
（1）α粒子辐射和α衰变
α粒子辐射实质上是由某些核素原子核衰变发射出 的氦-4（4He）原子核

质量数大于140的许多核素会发生α衰变，如：

（2）β粒子辐射和β衰变
β粒子辐射实质上是核素原子核发射出来的高速（即高动能）电子。β辐射又分两种，一种是发射负电子的β-粒子，另一种是发射正电子的β+粒子。常见的β辐射是β-辐射。β衰变就是放射性核素发射出β粒子的衰变。而常见的β衰变是β-衰变，即发射负电子（e-）的衰变。负电子带有1个单位的负电荷，其质量可以忽略不计（为1/1840个原子质量单位）。因此，原子核在进行β-衰变之后，它的质量数（A）保持不变，原子序数（Z）增加1。
（3） γ辐射和“同质异能跃迁”衰变

(4) 中子辐射
以中子辐射形式存在的自由中子，都是不稳定的， 以半衰期12.8分发生β衰变成为质子，而质子在捕获一个电子后最终成为氢原子。
核电站存在的中子辐射有以下几种产生机制：
a.反应堆运行时，来自反应堆堆芯的中子，这些中子是由堆芯核燃料重同位素的裂变核反应产生
b.来乏燃料的中子.其中的一部分是由乏燃料所含 钚（Pu）、镅（Am）、锔（Cm）等重同位素的自发 裂变产生的；另一部分是由Pu、Am、Cm等重同位素 发射的粒子射在乏燃料所含氧元素核上发生（α， n）核反应产生的。

1.3 电离辐射及其与物质的相互作用
1.3.1 电离辐射 电离辐射是指其与物质相互作用时可使物质原子电离和激发的射线。在辐射防护领域中，“电离辐射”常被简称为“辐射”。电离辐射又分为直接电离辐射和间接电离辐射：
直接电离辐射是具有足够动能，可以与物质原子碰撞直接使原子电离和(或)激发的带电粒子。间接电离辐射是指先通过与物质相互作用产生带电粒子，然后由这些带电粒子使物质原子电离和激发的非带电辐射。间接电离辐射包括γ射线、X射线和中子等。
应当指出： 可见光、红外线和紫外线虽然也是电磁辐射，但因其能量小(即波长长)，不能使物质产 生带电粒子，因而不是间接电离辐射。所有的核辐射都是电离辐射；但有些电离辐射，如从加速器引出的高能电子射束和X光 机产生的X射线，并不是核辐射。由于电离辐射会使物质原子电离和激发， 并可能与物质发生其它一些相互作用，因而电离辐射可对人体产生有害的生物效应，因而我们在应用或接触电离辐射时必须考虑对其进行防护。

X射线同γ射线一样也是电磁辐射，但两者之间的根本区别在于其产生物理机制不同。γ射线是原子核能级改变的核衰变发射出来的；X射线是高速电子射到物质上被物质原子的核及核外电子的静电场减速所产生，或者是当原子被激发后核外电子从高能级退激 到低能级时所产生
1.3.2 辐射与物质的相互作用
电离辐射与物质之间的相互作用随电离辐射的类型而异，也与被作用的物质性质有关。

（1）带电粒子在物质中引起的电离与激发电子、质子、α粒子等可使物质原子电离和激发。
带电粒子主要是通过使物质原子被电离与激 发不断损失其能量，直到其能量耗尽。带电粒子 从进入物质开始，沿入射方向所穿行的最大距 离，称为该入射带电粒子在该物质中的射程。带电粒子在物质中的射程与粒子类型、能量 和物质性质有关。α粒子具有很强的电离能力， 在很短的行程内会将其能量消耗掉。高能β粒子 射程要比α粒子大许多。如32P所发射1.71Mev的 β粒子，在空气中的射程为≈6m,在生物软组织

（ 2 ）γ和X射线与物质的相互作用
γ和X射线为间接电离辐射，它们与物质相互作 用时先产生带电粒子--电子，这些电子接着与物 质相互作用(电离与激发)，产生大量次级电离。γ和X射线主要是通过以下三种与物质相互作用的机制 ：
－ 光电效应 －康普顿效应－电子对效应
实验证明：
1.γ射线有极强的贯穿能力。
2.γ射线在物质中的贯穿能力可用半值层来描述。它就是γ射线被减弱到一半所需物质厚度。
（3）中子与物质的相互作用
0 中子与原子核的相互作用分为两大类：
① 散射：
②吸收：包括辐射俘获、核裂变、（n，α） 和（n，p）反应等。

对于某些重核（如235U和239Pu），其热中子引起的核反应主要有两种类型:
1.“辐射俘获”，即（n,γ）反应， 例如235U（n,γ）236U;2.裂变反应，即235U俘获热中子后发生裂变 中 子在物质中有较强的贯穿能力。

4.带电粒子在物质中产生的核反应
(1) 高速电子在物质中的轫致辐射
高速电子射到物质上被物质原子的核及核外电子静电场减速会产生X射线，这就是轫致辐射。
高速电子的能量转化为轫致辐射的份额∝EZ
(2) α粒子所致(α，n)反应
当α粒子能量大于某个阈值时，可发生(α，n) 反应产生中子。核电站所用的燃料为UO2 。烧过的乏燃料中生成 大 量 人 工 α 放 射 性 核 素 ， 如 Pu,Am,Cm 的 同 位素 ， 它们所发射的α粒子打在17O核上即产生中子。

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