原子核物理基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章第一章 原子核与放射性原子核与放射性 郭秋菊郭秋菊 刘洪涛刘洪涛 北京大学物理学院北京大学物理学院 技术物理系技术物理系第1页 物质世界物质世界是由什麽组是由什麽组成？成？是什麽把是什麽把它们组合在它们组合在一起？一起？第一部分第一部分 原子与原子结构原子与原子结构第2页 1 1）“原子原子”概念提出概念提出 朴素认识论：朴素认识论：世界万物由世界万物由 水水 空气空气 土土 火等组成火等组成古希腊时代古希腊时代:思辩性古代原子论思辩性古代原子论 万物由万物由原子原子组成组成,原子是物质世界共同基础，原子是物质世界共同基础，不能再分割。不能再分割。2 2）1803 1803道耳顿道耳顿化学原子论化学原子论原子是保持元素化学性质基本粒子原子是保持元素化学性质基本粒子-科学概念科学概念第3页伦琴发觉伦琴发觉X射线射线1895年，德国物理学家伦琴在探索阴极射线本性研究中，意外发觉了X射线 它不但揭开了物理学革命序幕，也给医疗保健事业带来了新希望。伦琴所以成为19第一个诺贝尔物理学奖得主第4页世界上第一张世界上第一张X光照片光照片第5页贝克勒尔发觉放射性贝克勒尔发觉放射性1896年，法国物理学家贝克勒尔发觉只要有铀元素存在，就有贯通辐射产生证实发射这种射线是铀原子本身作用。放射性发觉，引发人们对原子核内部研究深入。“进入原子内部”和“分裂原子”成为世纪之交时期科学领域中最振奋人心口号。贝克勒尔与居里夫妇因发觉放射性荣获19诺贝尔物理学奖。第6页贝克勒尔与贝克勒尔与居里夫妇居里夫妇第7页1898年，物理学家居里夫人在寻找比铀放射性更强物质过程中，先发觉了一个新放射性元素，为纪念她祖国波兰，她将其名命为“钋”。居里夫妇又花了4年时间，发觉了镭，并在极端艰辛条件下，从几吨沥清铀矿渣中分离出0.12克纯氯化镭，后又测出其原子量为225，其发出射线比铀强200多万倍。居里夫人所以获19诺贝尔化学奖。更强放射性更强放射性钋、镭钋、镭第8页居里夫妇居里夫妇第9页卢瑟福卢瑟福18981898年发觉铀和铀化合物所发出射线有年发觉铀和铀化合物所发出射线有两种不一样类型：两种不一样类型：一个是极易吸收，他称之为一个是极易吸收，他称之为射线射线；另一个有较强穿透能力，他称之为另一个有较强穿透能力，他称之为射线射线。以后法国化学家维拉尔又发觉含有更强穿透本以后法国化学家维拉尔又发觉含有更强穿透本事第三种射线事第三种射线射线射线。因为组成因为组成射线射线粒子带有巨大能量和动量，粒子带有巨大能量和动量，就成为卢瑟福用来打开原子大门、研究原子内部就成为卢瑟福用来打开原子大门、研究原子内部结构有力工具。结构有力工具。卢瑟福发觉卢瑟福发觉 射线射线第10页电子是在研究阴极射线本电子是在研究阴极射线本质过程中得到，阴极射线终究质过程中得到，阴极射线终究是什么？物理学家汤姆逊设计是什么？物理学家汤姆逊设计了一个巧妙试验装置，证实了了一个巧妙试验装置，证实了阴极射线是由带负电荷粒子组阴极射线是由带负电荷粒子组成，并推算出其质量和电荷比成，并推算出其质量和电荷比值。得出起源于各种不一样物值。得出起源于各种不一样物质阴极射线粒子都是一样。质阴极射线粒子都是一样。指出电子是比原子小得多粒子，其质量只是氢指出电子是比原子小得多粒子，其质量只是氢离子千分之一离子千分之一 。汤姆逊认定这种粒子必定是。汤姆逊认定这种粒子必定是“建造建造一切化学元素物质一切化学元素物质”，也就是一切化学原子所共有，也就是一切化学原子所共有组成部分。组成部分。汤姆逊发觉电子汤姆逊发觉电子第11页19，汤姆逊提出了新原子结构模型：原子是一个半径大约为10-10米球体，正电荷均匀地分布于整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中，这是一个类似葡萄干面包原子模型。同年，物理学家长冈半太郎认为正负电子不可能相互渗透，提出了电子均匀地分布在一个环上，环中心是一个含有大质量带正电球，被他称为“土星型模型”结构。汤姆逊原子结构模型汤姆逊原子结构模型第12页卢瑟福原子结构模型卢瑟福原子结构模型19，卢瑟福借助于粒子散射研究，提出原子正电荷必定集中在半径10-15米范围内，而原子半径却有1010米，所以原子里面绝大部分是空虚，从而证实长冈半太郎“土星型模型”比汤姆逊“葡萄干面包模型”更靠近于物理真实。第13页原子结构模型演化示意图原子结构模型演化示意图第14页19，物理学家卢瑟福与化学家索迪合作在对铀、镭、钍等元素放射性研究中，提出了放射性元素衰变理论：放射性原子是不稳定，它们自发性地放射出射线和能量，而本身衰变成另一个放射性原子，直至成为一个稳定原子为止。这种特征即放射性。并提出了“原子能”概念。卢瑟福、索迪卢瑟福、索迪元素衰变元素衰变卢瑟福所以获19诺贝尔化学奖第15页以后，卢瑟福和索迪等人深入研究放射性元素递次改变（即衰变链系）线索，发觉以下衰变链：索迪所以及对同位素起源和性质研究获19诺贝尔化学奖。元素衰变理论打破了自古希腊以来人们相信原子永远是不生不灭传统观念，而认为一个元素原子能够变成另一个元素原子。卢瑟福、索迪卢瑟福、索迪元素衰变元素衰变第16页卢瑟福用镭发射粒子作“炮弹”，研究被轰击粒子情况。19，终于观察到氮原子核俘获一个粒子后放出一个氢核，同时变成了另一个原子核结果，18N 17Op。这是人类历史上第一次实现原子核人工衰变，使古代炼金术士梦寐以求把一个元素变成另一个元素空想变成现实。当初卢瑟福写了一本书就取名为新炼金术。人人工工衰衰变变第17页1932年，物理学家查德威克发觉了其质量同质子相当中性粒子，这正是19卢瑟福猜测原子核内可能存在一个中性粒子，即中子。他所以获1935年诺贝尔物理学奖。查德威克发觉中子查德威克发觉中子第18页19321932年：海森伯和伊凡宁柯各自独立地年：海森伯和伊凡宁柯各自独立地提出了原子核是由质子和中子组成核结构提出了原子核是由质子和中子组成核结构模型。模型。因为中子不带电荷，不受静电作用影响，因为中子不带电荷，不受静电作用影响，能够比较自由地靠近以至进入原子核，轻能够比较自由地靠近以至进入原子核，轻易引发核改变，所以，它马上被用来作为易引发核改变，所以，它马上被用来作为轰击原子核理想轰击原子核理想 炮弹炮弹。探索原子核奥妙钥匙探索原子核奥妙钥匙中子中子第19页中子发觉为核物理学开辟了一个新纪元，它不中子发觉为核物理学开辟了一个新纪元，它不但使人们对原子核组成有了一个正确认识，而且为但使人们对原子核组成有了一个正确认识，而且为人工控制原子核提供了有效伎俩。它能够说是打开人工控制原子核提供了有效伎俩。它能够说是打开原子核奥秘原子核奥秘 钥匙钥匙，在开发原子能伟大事业中大显，在开发原子能伟大事业中大显身手。身手。探索原子核奥妙钥匙探索原子核奥妙钥匙中子中子第20页当代原子结构当代原子结构原子核中子质子电子(电子云)+第21页当代原子结构当代原子结构第22页19331933年，狄拉克关于正电子存在预言被证实，年，狄拉克关于正电子存在预言被证实，安德森所以获安德森所以获19361936年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。19551955年塞格雷和钱伯林利用高能加速器发觉年塞格雷和钱伯林利用高能加速器发觉了反质子，他们所以获了反质子，他们所以获19591959年物理奖。年物理奖。19591959年王淦昌等人发觉了反西格玛负超子。年王淦昌等人发觉了反西格玛负超子。莱因斯等利用大型反应堆，在莱因斯等利用大型反应堆，在19561956年直接探年直接探测到铀裂变过程中所产生反中微子。他所以获测到铀裂变过程中所产生反中微子。他所以获19951995年物理学奖。到年物理学奖。到19681968年，人们才探测到了年，人们才探测到了来自太阳中微子。来自太阳中微子。19471947年鲍威尔利用自己创造摄影乳胶技术在年鲍威尔利用自己创造摄影乳胶技术在宇宙线中找到了宇宙线中找到了19341934年汤川秀树提出介子场理年汤川秀树提出介子场理论中预言介子。汤川秀树获论中预言介子。汤川秀树获19491949年物理奖，鲍年物理奖，鲍威尔获威尔获19501950年物理奖。年物理奖。基本粒子基本粒子第23页 到到5050年代末，基本粒年代末，基本粒子数目已达子数目已达3030种。这些粒种。这些粒子绝大多数是从宇宙射线子绝大多数是从宇宙射线中发觉。中发觉。1988年中科院近代物理年中科院近代物理所建成重离子加速器所建成重离子加速器第24页 抵达地球表面数目抵达地球表面数目 6.610 6.6101010个个/cm/cm2 2 秒秒中微子与物质作用很弱中微子与物质作用很弱吸收截面吸收截面1010-40-40cmcm2 2经过经过100100万个太阳厚度万个太阳厚度强度才降低二分之一。强度才降低二分之一。中微子在宇宙中自由穿中微子在宇宙中自由穿行，因为作用太弱，很行，因为作用太弱，很难探测到。难探测到。地球地球 R=6.37 x 10 R=6.37 x 106 6 m m太阳太阳 R=7 x 10 R=7 x 108 8 m m太阳中微子太阳中微子:天然存在天然存在对人体作用完全能够忽略不计，对人体没有危害。对人体作用完全能够忽略不计，对人体没有危害。人们不会对存在大量中微子感到害怕人们不会对存在大量中微子感到害怕.第25页公元前公元前4 4世纪世纪德寞克利特德寞克利特 1803 1803道尔顿道尔顿 1911 1911卢瑟福卢瑟福19131913玻耳玻耳19321932海森堡海森堡？人类认识物质人类认识物质“基本砖块基本砖块”历程历程电子电子 多年多年6 0 多多 年年100 1990年代年代“基本砖块基本砖块”轻子轻子 12夸克夸克 36媒介子媒介子 13希格斯粒子希格斯粒子 1累计累计 62其中其中 2个粒子还个粒子还未发觉：引力子未发觉：引力子和希格斯粒子。和希格斯粒子。19641964夸克夸克第26页第二部分第二部分 核与放射性基本物理基础核与放射性基本物理基础第27页核素核素 ：含有确定质子数和中子数原子核称做核素：含有确定质子数和中子数原子核称做核素核素是原子核一个统称核素是原子核一个统称核素及符号表示核素及符号表示核核 素素质子数质子数中子数中子数质量数质量数符符 号号氦氦-4-42 22 24 44 4HeHe碳碳-12-126 66 612121212C C碳碳-13-136 67 713131313C C碳碳-14-146 68 814141414C C第28页名称名称质子数质子数中子数中子数质量数质量数举例举例同位素同位素相同相同不一样不一样1 1H H 2 2H H 3 3H H同中子素同中子素不一样相同相同不一样2 2H H 3 3HeHe同量素同量素不一样不一样相同相同3 3H H 3 3HeHe其它：其它：稳定核素和不稳定核素稳定核素和不稳定核素 稳定同位素和不稳定同位素稳定同位素和不稳定同位素 放射性核素和非放射性核素放射性核素和非放射性核素定义：质子数相同而中子数不一样核素互为同位素。定义：质子数相同而中子数不一样核素互为同位素。同位素同位素第29页l试验发觉试验发觉:原子核内原子核内质子质子+中子中子紧紧密地挤靠在一起，核子之间没有密地挤靠在一起，核子之间没有什麽空隙（与原子情况不一样什麽空隙（与原子情况不一样).).l稳定原子核基本上类似与球体稳定原子核基本上类似与球体 原子核半径原子核半径 R=r0A1/3 原子核半径常数原子核半径常数 r r0 0=1.2 =1.2 1010-15-15 m=1.2 fm m=1.2 fm A A 原子核质量数原子核质量数 比如：比如：238238U U 7.4 fm 7.4 fm1)原子核大小原子核大小R原子核基本性质原子核基本性质第30页2)2)原子核质量原子核质量电子电子 m me e =9.110=9.110-31-31 kg kg =5.4810 =5.4810-4-4 u =0.511 MeV/cu =0.511 MeV/c2 2质子质子 m mp p =1.007276 u =938.256 MeV/c=1.007276 u =938.256 MeV/c2 2中子中子 m mn n =1.008665 u =939.550 MeV/c=1.008665 u =939.550 MeV/c2 2原子核质量原子核质量=原子质量原子质量 全部电子质量全部电子质量 MN(Z,A)=Ma(Z,A)Z me 忽略了电子结合能忽略了电子结合能 （eV eV 量级）量级）原子质量能够用质谱计准确测量原子质量能够用质谱计准确测量(有表可查有表可查)原子核质量能够准确确定原子核质量能够准确确定第31页3)3)核物质密度核物质密度原子核中核子紧密挤在一起原子核中核子紧密挤在一起依据依据 =M/V =M/V 计算计算 核物质密度核物质密度:2.3 1014 g/cm3 1 cm3 核物质核物质 2 亿吨重亿吨重!黑黑 洞洞 1018核物质核物质 1014中子星中子星 109白矮星白矮星 105 水水 1密度比较密度比较 g/cm3 第32页 天平为何倾斜天平为何倾斜?重重轻轻4)原子核结合能和原子核稳定性原子核结合能和原子核稳定性第33页 质量亏损质量亏损 氦原子核（氦原子核（4 4HeHe）由）由2 2个质子个质子+2+2个中子组成个中子组成 2 2个质子质量个质子质量+2 +2 个中子质量个中子质量 =原子核原子核 4 4He He 质量质量 2 x 1.007276+2 x 1.008665 2 x 1.007276+2 x 1.008665-4.002603 4.002603 M(M(4 4He)=He)=4.031882 4.031882 -4.002603 4.002603=-0.029279 u-0.029279 u E(E(4 4He)=He)=M(M(4 4He)CHe)C2 2=27.27 MeV=27.27 MeV亏损质量转化为能量亏损质量转化为能量 氦原子核结合能是氦原子核结合能是 27.27 MeV 27.27 MeV 亏损亏损质量哪里去了质量哪里去了?质能关系质能关系 E=M C 2第34页 原子核结合能原子核结合能 定义定义:质子和中子结合组成原子核时所释放能量质子和中子结合组成原子核时所释放能量原子核结合能越大（质量亏损越大）原子核越稳定原子核结合能越大（质量亏损越大）原子核越稳定 表表:比结合能比结合能(原子核结合能原子核结合能/核子数核子数)核素核素比结合能比结合能 MeV核核 素素比结合能比结合能 MeV核素核素比结合能比结合能 MeV2H1.11212C7.68235U7.593He2.57316O7.98238U7.574He7.0756Fe8.79 最大最大 6Li5.33107Ag8.55 7Li5.61208Pb7.87 第35页 原子核平均结合能原子核平均结合能(比结合能比结合能)曲线曲线1 1 各原子核中，每个各原子核中，每个 核子平均结合能核子平均结合能 随质量数而改变随质量数而改变 6-9 MeV 6-9 MeV2 2 中等重量原子核中等重量原子核 比结合能较大比结合能较大 l 释放能量路径释放能量路径:1 1）重核裂变）重核裂变 2 2）轻核聚合成原子核）轻核聚合成原子核 重核裂变重核裂变轻核聚合轻核聚合第36页252Cf 自发裂变自发裂变中子引发中子引发 235U 裂变裂变 H H 原子核聚合原子核聚合 H H 燃烧燃烧太阳能太阳能 释放能量举例释放能量举例第37页例：估算裂变释放能量例：估算裂变释放能量 n+235U (236U)X+Y+E假设裂变成质量相等两块假设裂变成质量相等两块 质量数各约为质量数各约为118118 235 235U U 核子平均结合能核子平均结合能 7.6 MeV 7.6 MeV 质量数为质量数为118118原子核平均结合能原子核平均结合能 8.6 MeV 8.6 MeV 二者平均结合能差二者平均结合能差 1 MeV 1 MeV 230 230多个核子多个核子 总总 E=200 MeV!E=200 MeV!比较比较:裂变能裂变能 n+235U X+Y+E 200 MeV 化学能化学能 C+O2 CO2+E 4 ev 汽油与氧爆炸，一个分子释放汽油与氧爆炸，一个分子释放 40-50 eV TNT 爆炸本身释放能量，每个分子爆炸本身释放能量，每个分子 30 eV第38页+从母核中射出4He原子核 粒子得到大部分衰变能238U4He+234Th放射性母核!基本衰变基本衰变 衰变衰变放射性衰变及衰变规律放射性衰变及衰变规律第39页 衰变衰变241241AmAm 237237NpNp第40页+发生原因：母核中子或质子过多发生原因：母核中子或质子过多质子转变成中子，而且带走一个单位正电荷中子转变成质子，而且带走一个单位负电荷+反中微子中微子 三种子体分享裂变能所以电子含有连续能量基本衰变基本衰变 衰变衰变第41页基本衰变基本衰变 衰变（动画）衰变（动画）第42页 衰变衰变3 3H H 3 3HeHe第43页正正 衰变衰变1111C C 1111B B第44页 质子变成中子X射线电子俘获电子俘获第45页电子俘获电子俘获7 7BeBe 7 7Li Li第46页+中微子 光子基本衰变基本衰变 衰变衰变第47页基本衰变基本衰变 衰变衰变 衰变特点：衰变特点：1 1、从原子核中发射出光子、从原子核中发射出光子2 2、经常在、经常在 或或 衰变后核子从激发态退衰变后核子从激发态退 激时发生激时发生3 3、产生射线能量不连续、产生射线能量不连续4 4、能够经过测量光子能量来判定核素种类、能够经过测量光子能量来判定核素种类 类别类别第48页 衰变衰变3 3HeHe 3 3HeHe第49页 衰变衰变-衰变衰变+衰变衰变 衰变衰变第50页半衰期半衰期 (T (T1/21/2)定义定义：一定量某种放射性原子核衰变至原来一定量某种放射性原子核衰变至原来 二分之一所需要时间。二分之一所需要时间。时间时间 t t (T(T1/21/2)0 01 12 23 34 45 5n n放射性原放射性原子核数目子核数目N N0 0N N0 0/2/2N N0 0/4/4N N0 0/16/16 N N0 0/32/32N N0 0/64/64 N N0 0/2/2n n经过经过n n个半衰期后，未发生衰变放射个半衰期后，未发生衰变放射性原子核数目是原有性原子核数目是原有 1/2n放射性衰变规律放射性衰变规律第51页半衰期半衰期第52页放射性衰变基本规律放射性衰变基本规律 1 1 指数衰减规律指数衰减规律 N=NN=N0 0e e-t t N N0:0:（t=0t=0）时放射性原子）时放射性原子 核数目核数目N:N:经过经过t t时间后未发生衰变时间后未发生衰变放射性原子核数目放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数放射性原子核衰变常数 大小只与原子核本身性质大小只与原子核本身性质 相关，与外界条件无关相关，与外界条件无关;数值越大衰变越快数值越大衰变越快N=NN=N0 0e e-t t第53页核辐射基本性质核辐射基本性质1.0086651.008665 0 0 n n中中 子子1.0072761.007276+1+1 p p质质 子子 0 0 0 0 5.486105.48610-4-4 1 1 e e 4.002794.00279+2+2 4 4He He 质质 量量 (u)(u)电荷电荷（e)e)符号符号种类种类 核辐射与物质相互作用核辐射与物质相互作用第54页一一 核辐射与物质基本作用核辐射与物质基本作用 。原子原子。n n 物物 质：气体质：气体 液体液体 固体固体 包含人体包含人体 等等微观粒子间碰撞有动量和能量传递微观粒子间碰撞有动量和能量传递 库仑作用库仑作用 1 1 电离作用电离作用 2 2 电离效应电离效应第55页二二 带电粒子与物质作用带电粒子与物质作用自由电子自由电子正离子正离子 +靶原子靶原子 正离子正离子+电子电子+4He +Ar Ar+e-+4He物质中原子被电离，在粒子物质中原子被电离，在粒子经过路径上形成许多离子对：经过路径上形成许多离子对：正离子和自由电子正离子和自由电子+e-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-库仑作用库仑作用第56页 射线与射线与射线射线电离效应比较电离效应比较 射线射线 射线射线径迹径迹 粗粗 直直 细细 弯弯 电离作用强电离作用强 电离作用严重电离作用严重 产生离子对数目多产生离子对数目多 电离作用电离作用 Z Z1 1Z Z2 2/v/v2 2 Z Z1 1 入射粒子原子序数入射粒子原子序数 Z Z1 1 靶粒子原子序数靶粒子原子序数 v v 入射粒子速度入射粒子速度 试验结果试验结果第57页粒子粒子径迹是一条直线径迹是一条直线 5.3 MeV 5.3 MeV粒子在空气中粒子在空气中 射程射程3.83 cm3.83 cm电子径迹是折线电子径迹是折线第58页 电磁辐射谱电磁辐射谱 小小能量高能量高E=h ,=c/l 大大能量低能量低第59页第60页射线是波长很短能量高电磁辐射射线是波长很短能量高电磁辐射 （10-11 米，米，keV，MeV），来自原子核），来自原子核衰变衰变,不带电，不带电，静止质量静止质量 0 。1 1 射线是什麽？射线是什麽？能够同物质原子发生作用，但不能直接使原子能够同物质原子发生作用，但不能直接使原子 电离；电离；有动量和能量交换有动量和能量交换,能够产生载能次级能够产生载能次级 带电粒子，带电粒子，能够对物质发生电离作用。能够对物质发生电离作用。能量能量 E=h）动量动量 p=h/c第61页2 2 射线对物质电离射线对物质电离作用作用 两步过程两步过程三种作用效应三种作用效应 光电效应光电效应 康普顿效应康普顿效应 电子对效应电子对效应 产生次级电子产生次级电子电离效应电离效应次级电子使次级电子使物质原子电离物质原子电离射线射线第第 1 1 步步初级作用初级作用第第 2 2 步步次级作用次级作用第62页光电效应光电效应 自由电子自由电子 作用机制作用机制光子同光子同(整个整个)原子作用把自己全部能量传递给原子原子作用把自己全部能量传递给原子,壳层中某一电子取得动能克服原子束缚跑出来壳层中某一电子取得动能克服原子束缚跑出来,成为成为自由电子，光子本身消失了。自由电子，光子本身消失了。+A A*+e-（光电子）（光电子）原子原子 A +X 射线射线原子原子受激原子受激原子第63页 电子对效应电子对效应能量能量1.02 MeV 1.02 MeV 射线射线与原子核作用可能产生一对与原子核作用可能产生一对正正-负电子。负电子。M M M +e M +e+e+e-1 1 +2 2 1.02 MeV m 1.02 MeV me e m me e 0.511MeV 0.511MeV 0.511MeV 0.511MeV基本条件：基本条件：射线能量射线能量 E E 1.02 MeV 1.02 MeV 为什麽？为什麽？能量转化成能量转化成质量质量M=E/C2第64页3 3 轫致辐射轫致辐射电子打在荧光屏上电子打在荧光屏上产生产生X X射线射线电视机显像管电视机显像管特征特征:x:x 射线能量连续射线能量连续 0 E 0 EMaxMax(电子能量电子能量)电视机电视机 高压高压15 kV 15 kV 电子束能量电子束能量15 keV15 keV x x 射线能量射线能量 0-15 keV 0-15 keV应注意玻璃含有应注意玻璃含有4040K U ThK U Th产生机制产生机制原子核原子核第65页4 4 正电子湮灭正电子湮灭正电子与负电子相遇发生湮正电子与负电子相遇发生湮灭，产生两个灭，产生两个 0.511 0.511 MeV 光子。光子。e+e-+me+me-=0.511 +0.511 MeV 质量转化为能量质量转化为能量 转化效率转化效率 (100%）第66页 射线经过介质时因为同物质作用射线经过介质时因为同物质作用,光子光子数量数量不不停降低停降低,物质层越厚降低得越多，这种现象称做对物质层越厚降低得越多，这种现象称做对射线吸收射线吸收。I(x)=I0 e-x 厚厚 度度 X X I I0 0 四四 射线吸收射线吸收I 试验发觉：试验发觉：射线强度随经过介质层厚度增加而射线强度随经过介质层厚度增加而 减小，服从指数衰减规律减小，服从指数衰减规律。第67页 指数衰减规律指数衰减规律 指数衰减因子指数衰减因子 线性吸收系线性吸收系1 1）射线能量高射线能量高 值小值小2 2）原子序数高原子序数高 值大值大I(x)=II(x)=I0 0 e e-x-x能量（能量（MeV)铅（铅（Pb)cm-1 铝（铝（Al）cm-1 0.6 0.6 1.6 1.6 0.2 0.2 1.0 1.0 0.8 0.8 0.18 0.18 2.0 2.0 0.5 0.5 0.1 0.1铅和铝吸收系数铅和铝吸收系数第68页射线强度减弱射线强度减弱1/21/2 所经过物质层厚度所经过物质层厚度 射线防护大都选取射线防护大都选取重金属铅、水泥等，重金属铅、水泥等，组成很厚防护墙。组成很厚防护墙。半吸收厚度半吸收厚度 单位：单位：cm物质层厚度物质层厚度 0 I/I 半吸收厚度半吸收厚度(d(d1/21/2)第69页 对物质电离作用比较对物质电离作用比较 2 MeV 射程射程(m)(m)离子对密度离子对密度/mm/mm 0.01 6000 0.01 6000 2-3 60 2-3 60 10 10 几个几个第70页1 MeV 1 MeV 粒子穿透物质能力粒子穿透物质能力 1 1 页页 60 60页页/本本 铅铅地地 下下1-2 1-2 米深米深铅室铅室n n45804580本本中子源中子源第71页射线穿透物质能力射线穿透物质能力 射线穿透射线穿透 人体皮肤情况人体皮肤情况 第72页中子不带电不能直接使原子电离中子不带电不能直接使原子电离 但中子轻易进入原子核内但中子轻易进入原子核内同原子核发生作用引发核反应同原子核发生作用引发核反应1 1）与）与 H H 原子核弹性碰撞原子核弹性碰撞 传递能量传递能量 质子跑出来质子跑出来 中子被慢化中子被慢化 n+H n +p n+H n +p 第一步第一步 打出质子（载能）打出质子（载能）第二步第二步 质子引发物质电离质子引发物质电离 慢化剂慢化剂:轻水轻水(1 1H H2 2O)O)重水重水(2 2D D2 2O)O)五五 中子与物质作用中子与物质作用nHnnp电离电离第73页 2 2）中子核反应中子核反应 比如比如(n,p)(n,p)反应反应 n +n +1414N N 1414C +p C +p 第一步第一步 核反应产生质子核反应产生质子 第二步第二步 质子对物质产生质子对物质产生 电离作用电离作用 n p电离电离1414N N1414C C 人体有大量人体有大量 H H 和和 N N 原子原子 中子对人体电离效应严重，可造成严重伤害中子对人体电离效应严重，可造成严重伤害12第74页电离辐射电离辐射 直接或间接使介质发生电离直接或间接使介质发生电离效应带电或不带电射线效应带电或不带电射线或粒子或粒子 (能量能量 keV)keV)、x x、n n、p p、裂变碎片裂变碎片 介子等介子等 来来 源源 1)1)放射性物质放射性物质(人造人造 天然）天然）2)2)加速器加速器3)3)反应堆反应堆 4)4)宇宙射线宇宙射线 5)5)地球环境地球环境 电离辐射和非电离辐射电离辐射和非电离辐射 非电离辐射非电离辐射 紫外线、红外线、微波等紫外线、红外线、微波等这些粒子虽能够同物质发这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生作用但都不能使物质发生电离效应生电离效应 eV eV 量级量级移动电话移动电话 800-1800 MHz 800-1800 MHz 0.01 eV 0.01 eV (没有电离作用）没有电离作用）第75页1 1 原子核裂变或聚变时能够放出巨大能量，既可造原子核裂变或聚变时能够放出巨大能量，既可造福人类，也可能对环境和人类产生危害。福人类，也可能对环境和人类产生危害。2 2 核辐射同物质相互作用过程是能量和动量传递核辐射同物质相互作用过程是能量和动量传递 过程；没有能量和动量传递就没有作用。过程；没有能量和动量传递就没有作用。3 3 通常碰到核辐射主要是对物质电离作用，会通常碰到核辐射主要是对物质电离作用，会 对物体产生一系列影响，人体也不例外。对物体产生一系列影响，人体也不例外。小小 结结第76页