放射性基礎(chǔ)知識(shí)一放射性輻射防護(hù)

RADIATIONANDPROTECTION放射性基礎(chǔ)知識(shí)1、原子核的組成2、核衰變或核蛻變3、解放射性衰變規(guī)律4、放射性的應(yīng)用醫(yī)療照射問題X照射CTSPECTPETMRI放療BNCTCTCT（electroniccomputerX-raytomographytechnique）電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)SPECT單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(Single-PhotonEmissionComputedTomography，SPECT)和是對(duì)從病人體內(nèi)發(fā)射的γ射線成像，故統(tǒng)稱發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(EmissionComputedTomography，ECT)。通過靜脈注射放射性藥物標(biāo)記的化合物，觀察此化合物在體內(nèi)的分布情況，來判斷臟器的功能情況及疾病的特征。其特點(diǎn)是能較高特異性地顯示臟器或病變的血流、功能和代謝的改變，有利于疾病的早期診斷及特異性診斷。

PET正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像（PositronEmissionComputedTomography），是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域比較先進(jìn)的臨床檢查影像技術(shù)。MRIMRI（MagneticResonanceImaging

）也就是磁共振成像利用人體組織中氫原子核（質(zhì)子）在磁場(chǎng)中受到射頻脈沖的激勵(lì)而發(fā)生核磁共振現(xiàn)象，產(chǎn)生磁共振信號(hào)，經(jīng)過電子計(jì)算機(jī)處理，重建出人體某一層面的圖像的成像技術(shù)。又稱核磁共振成像術(shù)。英文簡(jiǎn)稱MRI。

放療加速器（感應(yīng)加速器、回旋加速器、直線加速器）近距離后裝治療機(jī)伽馬刀BNCT硼中子俘獲治療（BoronNeutronCaptureTherapy,簡(jiǎn)稱BNCT）通過在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的原子核反應(yīng)來摧毀癌細(xì)胞原子模型核子中子質(zhì)子電子+++一、原子核的組成原子核的組成1組成：質(zhì)子和中子

原子核由中子和質(zhì)子組成，中子不帶電，質(zhì)子帶單位正電荷。中子和質(zhì)子質(zhì)量相當(dāng)，分別約等于一個(gè)原子質(zhì)量單位。核中中子和質(zhì)子統(tǒng)稱為核子，數(shù)目以A表示，A稱為核子數(shù)或質(zhì)量數(shù)，核中質(zhì)子數(shù)記為Z，中子數(shù)記為N。常用如下形式表示一個(gè)原子核：實(shí)際上核素符號(hào)X和質(zhì)子數(shù)Z具有唯一、確定的關(guān)系，所以用符號(hào)AX足以表示一個(gè)特定的核素。II.原子核的表示核子數(shù)A質(zhì)子數(shù)Z中子數(shù)N元素符號(hào)X1、核素（nuclide）

具有一定數(shù)目的中子和質(zhì)子以及特定能態(tài)的一種原子核或原子稱為核素。核子數(shù)、中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)和能態(tài)只要有一個(gè)不同，就是不同的核素。兩種核素，A同，Z、N不同。兩種核素，N同，A、Z不同。兩種核素，Z同，A、N不同。兩種核素，A、Z、N同，能態(tài)不同。

某元素中各同位素天然含量的原子數(shù)百分比稱為同位素豐度。

具有相同原子序數(shù)但質(zhì)量數(shù)不同的核素稱為某元素的同位素。(即Z相同，N不同，在元素周期表中處于同一個(gè)位置，具有基本相同化學(xué)性質(zhì)。)2、同位素（isotope）和同位素豐度鈾的二種同位素。氫的三種同位素；99.756%、0.039%、0.205%99.985%、0.015%3、同中子異荷素（isotone）4、同量異位素（isobar）質(zhì)量數(shù)A相同，質(zhì)子數(shù)Z不同的核素。

中子數(shù)N相同，質(zhì)子數(shù)Z不同的核素。也稱為同中子素或同中異位素。5、同質(zhì)異能素（isomer）質(zhì)子數(shù)Z和中子數(shù)N

均相同，而能態(tài)不同的核素。同質(zhì)異能態(tài)：同質(zhì)異能素所處的能態(tài)，是壽命比較長的激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)半衰期為2.81h。

！Totalenergy1質(zhì)量虧損

三.原子核結(jié)合能FromE=mc2

例1求自由核子相對(duì)碳原子核的質(zhì)量虧損例：某核電站每年發(fā)電約為1010度(=3.61016J)。若這些能量全部由靜態(tài)質(zhì)量轉(zhuǎn)換而成，求每年耗損的核材料?解：~4×109

kgcoal原子核結(jié)合能2、原子核結(jié)合能

自由狀態(tài)的單個(gè)核子結(jié)合成原子核時(shí)所釋放出來的能量，（或原子核分解成單個(gè)自由核子所需要的能量）稱為原子核的結(jié)合能。三.原子核結(jié)合能3、原子核的穩(wěn)定性-平均結(jié)合能040801201602002408642

fusionfissionAveragebindingenergy+++++4、原子核的能級(jí)+原子核的放射性

1896年，Becquerel（獲1903年諾貝爾物理獎(jiǎng)）在鈾礦物中發(fā)現(xiàn)射線。分別叫做、、射線。

1、

射線是氦核，帶正電荷，貫穿本領(lǐng)??；

2、射線是高速電子流，帶負(fù)電，貫穿本領(lǐng)較大；

3、

射線是波長很短的電磁波，貫穿本領(lǐng)大。在磁場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)，射線有三種成份：

一種在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，與帶正電荷離子流相同；一種在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，與帶負(fù)電荷離子流相同；一種在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)。(1852～1908)放射性現(xiàn)象與原子核的衰變密切相關(guān)。原子核的衰變：在沒有外界影響的情況下，原子核自發(fā)地發(fā)射粒子并發(fā)生改變的現(xiàn)象。能自發(fā)地發(fā)射各種射線的核素稱為放射性核素，也稱為不穩(wěn)定核素。

放射性現(xiàn)象是由原子核的變化引起的，與核外電子狀態(tài)的改變關(guān)系很小。

原子核自發(fā)地發(fā)射各種射線的現(xiàn)象，稱為放射性。原子核衰變的主要方式

衰變衰變(包括－衰變、＋衰變和電子俘獲EC)

衰變(或躍遷)(包括內(nèi)轉(zhuǎn)換IC)

重核的自發(fā)裂變等原子核衰變的表示

衰變綱圖同位素表137Cs核素衰變綱圖57Co核素衰變綱圖核衰變或核蛻變2、核輻射的種類射線種類粒子組成電荷(單位電荷)質(zhì)量(u)速度(km/s)能量MeVα42He+24~幾萬4~10βe-1-11/1840~20萬0.01~2.5γ光子0靜質(zhì)量=0~30萬(真空)0.01~3α、β、γ蛻變92238Uα（24He）+90234Th蛻變產(chǎn)物的確定用位移定律確定，即：蛻變前后總質(zhì)量數(shù)和總電荷數(shù)不變。例如1α蛻變：原子核放出α粒子而發(fā)生蛻變的現(xiàn)象叫做α蛻變。一般只有質(zhì)量數(shù)大于200的重金屬才發(fā)生α蛻變。+++++++++4Henucleusemitted

particlegetsthemostdecayenergy238U

4He+234ThParentnucleus衰變——238U

234Thβ衰變

β-衰變?cè)雍藘?nèi)質(zhì)子相對(duì)缺少時(shí)，一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)從核內(nèi)釋放出的電子的過程。β蛻變：原子核放出β粒子而發(fā)生蛻變的現(xiàn)象叫做β蛻變。2RaB（82214Pb）β（-10e）+RaC（83214Bi）說明：核內(nèi)本應(yīng)無電子怎么會(huì)放出電子？這是因?yàn)棣峦懽兊膶?shí)質(zhì)是核內(nèi)中子發(fā)生了如下變化：01n11p+-10e+00ν00ν為中微子，其質(zhì)量比電子小得多。中微子與物質(zhì)的相互作用很弱，故很難探測(cè)。廣義的β蛻變還包括β+蛻變與K俘獲（天然放射性核素中很少遇到），后者實(shí)質(zhì)是核內(nèi)質(zhì)子發(fā)生如下的變化：11p+-10e00ν+01nβ衰變

β+衰變?cè)雍藘?nèi)中子相對(duì)缺少時(shí)，一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中子，同時(shí)從核內(nèi)釋放出的正電子(positron)的過程。衰變——22Na

22Neβ衰變電子俘獲原子核從核外俘獲一個(gè)軌道電子，使核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中子的衰變過程，簡(jiǎn)稱EC衰變(orbitalelectroncapture)。

Xray電子俘獲AprotonchangestoneutronElectron+++++++++

photon衰變射線特點(diǎn)：1、光子是從原子核中發(fā)射的；2、常常伴隨在、衰變之后；3、單能；4、射線的能量與原子核相關(guān)。衰變——3He

3He

衰變內(nèi)轉(zhuǎn)換有時(shí)原子核發(fā)生γ躍遷時(shí)不發(fā)射γ光子，而是把多余的能量交給核外繞行的電子（主要是K層電子），使它脫離原子核的束縛而放射出來，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換（internalconversion），電子的能量是固定的，近似于γ光子的能量。內(nèi)轉(zhuǎn)換——137Cs

137Ba注意：γ躍遷只改變核的狀態(tài)，不改變核的組成，故又稱同質(zhì)異能躍遷，用符號(hào)：I.T.表示。4、每一次蛻變放出的粒子情況有以下三種：1）、一次蛻變放出某種粒子一個(gè)。例如238U每發(fā)生一次蛻變就放出能量為4.18MeV的α粒子一個(gè)。2）、分支蛻變。每次蛻變或放出這種或放出那種粒子一個(gè)，各占一定的比例，用百分?jǐn)?shù)表示。如RaC每次蛻變有99.96%的幾率放出β粒子，有0.04%幾率放出α粒子。又如：226Ra每次蛻變有94.3%的幾率放出4.793MeV的α粒子，有5.7%的幾率放出4.612MeV的α粒子。3）、一次蛻變放出好幾個(gè)光子。例如，常用的鈷源的蛻變。大量實(shí)驗(yàn)表明，核反應(yīng)過程遵守以下幾個(gè)守恒定律：(1)電荷守恒反應(yīng)前后的總電荷數(shù)不變。5、核反應(yīng)中的守恒定律（以A(a,b)B

反應(yīng)為例來說明。）即：(2)質(zhì)量數(shù)守恒反應(yīng)前后的總質(zhì)量數(shù)不變。即：(3)能量守恒反應(yīng)前后體系的總能量(靜止能量和動(dòng)能之和)不變。即：(4)動(dòng)量守恒反應(yīng)前后體系的總動(dòng)量不變。即：2.1放射性衰變的基本規(guī)律放射性衰變是一個(gè)統(tǒng)計(jì)過程。不能預(yù)測(cè)某一原子核的衰變時(shí)刻，但可以統(tǒng)計(jì)得到放射源中總的放射性原子核數(shù)目的減少規(guī)律；具體到每個(gè)放射性原子核的衰變來說，就是服從一定規(guī)律進(jìn)行衰變的一個(gè)隨機(jī)事件，可以用衰變概率表示。1、放射性的指數(shù)衰減規(guī)律222Rn的衰變曲線實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，放射性核素放出一個(gè)粒子，變成，而的數(shù)目每4天減少一半。由統(tǒng)計(jì)性，以放射源總體考慮衰減規(guī)律：設(shè)：t

時(shí)刻放射性原子核的數(shù)目為N(t)，求解t～t+dt

內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)目-dN(t)，它應(yīng)該正比于N(t)

和時(shí)間間隔dt

，于是有：(1)、衰變常數(shù)分子表示：t時(shí)刻單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的核數(shù)目，稱為衰變率，記作t

時(shí)刻放射性原子核總數(shù)衰變常數(shù)：一個(gè)原子核在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的概率。2、放射性核素的特征量量綱為：[t]-1,如1/s，1/h，1/d，1/ab.當(dāng)一個(gè)原子核有幾種衰變方式時(shí)：a.衰變率：定義分支比：(2)、半衰期T1/2半衰期：放射性核數(shù)衰變一半所需的時(shí)間，記為T1/2

。即：量綱為：[t],如s，h，d，a(3)、平均壽命

平均壽命＝總壽命/總核數(shù)在t~t+dt

時(shí)間內(nèi)衰變的原子核數(shù)為：這些核的壽命均為t，它們的總壽命為：因此，平均壽命：而t可能的取值為：0～

所以，所有核的總壽命為：特征量大小與核衰變的快慢慢大大小快小小大衰變速度核衰變特征量(1)、放射性活度(Activity)即：定義：則：活度定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。以A表示，表征放射源的強(qiáng)弱。3、放射性活度及其單位放射源發(fā)出放射性粒子的多少，不僅與核衰變數(shù)有關(guān)，而且和核衰變的具體情況直接相關(guān)。一般情況，核率變數(shù)不等于發(fā)出粒子數(shù)。射線強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)放出某種射線的個(gè)數(shù)。(2)、活度單位常用單位居里(Ci)：法定計(jì)量單位為貝可(Bq)：較小的單位還有毫居(mCi)和微居(

Ci)所以：(3)、活度單位與其他幾個(gè)單位的比較活度單位其他單位單位居里(Ci)貝可(Bq)倫琴(R)拉德(rad)戈瑞(Gy)定義放射性物質(zhì)1s發(fā)生3.7×1010次核衰變?yōu)?Ci放射性物質(zhì)1s內(nèi)發(fā)生1次核衰變?yōu)?Bq使1kg空氣中產(chǎn)生2.58×10-4

C的電量的輻射量1g受照射物質(zhì)吸收100erg的輻射能量為1rad1kg受照射物質(zhì)吸收1J的輻射能量為1Gy物理意義反映放射性的強(qiáng)弱由放射性物質(zhì)本身決定。反映放射性物質(zhì)產(chǎn)生的射線對(duì)其他物質(zhì)產(chǎn)生的效應(yīng)大小的量不僅取決于放射性物質(zhì)的強(qiáng)弱，還取決于放射性的特性，以及接受射線的材料的性質(zhì)。(4)、比活度(SpecificActivity)定義為：?jiǎn)挝毁|(zhì)量放射源的放射性活度。比活度反映了放射源中放射性物質(zhì)的純度。即：?jiǎn)挝粸椋築q/g

或Ci/g

A=λN=（0.693/T1/2

）[(Q/M)NA]Here,Q:以克為單位的質(zhì)量（g)M:摩爾質(zhì)量

NA:阿伏伽德羅常數(shù)=6.023×1023mol放射性活度與質(zhì)量的關(guān)系：

1、求1μg131I(T1/2=8.3d)的放射性活度？

2、求1g226Ra(T1/2=1622a)的放射性活度。作業(yè)2.2遞次衰變規(guī)律

許多放射性核素并非一次衰變就達(dá)到穩(wěn)定，而是它們的子核仍有放射性，會(huì)接著衰變……直到衰變的子核為穩(wěn)定核素為止，這樣就產(chǎn)生了多代連續(xù)放射性衰變，稱之為遞次衰變或級(jí)聯(lián)衰變。遞次衰變的表示：例如：下面分析一下，遞次衰變規(guī)律。1、兩次連續(xù)衰變規(guī)律ABC（穩(wěn)定）初始條件：t=0時(shí)，A

的數(shù)目為N10，B的數(shù)目為0A

和B

的衰變常數(shù)分別為

1

和

2C的數(shù)目為0。是單一放射性衰變，服從簡(jiǎn)單的指數(shù)規(guī)律。即：對(duì)于A：這樣t時(shí)刻，A的數(shù)目的變化為：對(duì)于B：不斷衰變?yōu)镃(減少)：不斷從A獲得(增加)：這樣B的數(shù)目的變化為：B代入N1(t)等條件，解此微分方程，可見，子體B

的變化規(guī)律不僅與它本身的衰變常數(shù)

2

有關(guān)，而且還與母體A

的衰變常數(shù)

1

有關(guān)，它的衰變規(guī)律不再是簡(jiǎn)單的指數(shù)規(guī)律。

已經(jīng)假設(shè)C

是穩(wěn)定的，那么它的變化僅由B

的衰變決定，即：解此方程，得：對(duì)于C：當(dāng)t

，N3(t)N10，母體A全部衰變成子體C。子體C是穩(wěn)定的，不再發(fā)生衰變。兩次連續(xù)衰變規(guī)律總結(jié)如下：ABC（穩(wěn)定）大家課后計(jì)算一下，=12、多次連續(xù)衰變規(guī)律ABC…N（穩(wěn)定）參照兩次連續(xù)衰變的規(guī)律，考慮子體C也不穩(wěn)定，則子體C數(shù)目的變化量由它本身的衰變及子體B的衰變決定：代入N2(t)等條件，解此方程其中，系數(shù)為：對(duì)于n代連續(xù)放射性衰變過程，其中第1到第n代核素具有放射性，而第n+1代核素為穩(wěn)定核素。設(shè)初始條件為：各衰變常數(shù)為：用同樣的方法可以求出第n

個(gè)核素隨時(shí)間的變化規(guī)律：其中，系數(shù)為：在連續(xù)放射性衰變中，母體衰變是單一放射性衰變，服從指數(shù)衰減規(guī)律；其余各代子體的衰變規(guī)律不再是簡(jiǎn)單指數(shù)規(guī)律，而與前面各代衰變常數(shù)都有關(guān)。3、放射性平衡對(duì)于兩代連續(xù)ABC（穩(wěn)定）我們來看子體B

的變化情況，子體B

的變化只取決于

1

和2。我們分三種情況討論：(1)、暫時(shí)平衡母體A的半衰期不是很長，但比子體B的半衰期長，即或時(shí)，則在觀察時(shí)間內(nèi)可看出母體A放射性的變化，以及子體B的核數(shù)目在時(shí)間足夠長之后，將和母體的核數(shù)目建立一固定的比例，此時(shí)子體B的變化將按母體的半衰期衰減。這時(shí)建立的平衡叫暫時(shí)平衡。由：由于：，當(dāng)t

足夠大時(shí)，有：現(xiàn)在來推導(dǎo)一下暫時(shí)平衡關(guān)系：子母體的放射性活度的關(guān)系為：即：當(dāng)t

足夠大時(shí)，有：暫時(shí)平衡(

1<2)的例子：1、母體按自己的衰變常數(shù)指數(shù)衰減。2、子體開始時(shí)從無到有增加，但增加速度會(huì)減慢a.母體數(shù)減少，其衰變率減少，即子體生成率減小b.子體數(shù)增加，衰變率增加時(shí)，子體數(shù)目最大。a子體活度曲線d子體單獨(dú)存在時(shí)活度曲線b母體活度曲線c母子共同活度曲線etm對(duì)于多代連續(xù)放射性衰變：只要母體A1的衰變常數(shù)

1最小，就會(huì)建立起按A1的半衰期進(jìn)行衰變的暫時(shí)平衡體系。建立平衡之后，各代放射體的數(shù)量及活度之比不隨時(shí)間變化，且均各代按1進(jìn)行衰變。(2)、長期平衡當(dāng)母體A的半衰期較長，且比子體B的半衰期長得多時(shí)，即或則在觀察時(shí)間內(nèi)，看不出母體A放射性的變化；在相當(dāng)長時(shí)間以后，子體B

的核數(shù)目和放射性活度達(dá)到飽和，并且子母體的放射性活度相等。這時(shí)建立的平衡叫長期平衡。由：由于：，當(dāng)t

足夠大時(shí)，有：現(xiàn)在來推導(dǎo)一下長期平衡關(guān)系：所以：子母體的放射性活度的關(guān)系為：即：當(dāng)t

足夠大時(shí)，有：長期平衡(

1<<2)的例子：1、母體在觀測(cè)時(shí)間內(nèi)數(shù)目幾乎不變；2、子體開始時(shí)從無到有增加，但會(huì)達(dá)到飽和。a.母體數(shù)幾乎不變，其衰變率不變，即子體生成率不變b.子體數(shù)增加，衰變率增加，直到等于母體衰變率時(shí)，子體數(shù)目飽和。a子體活度曲線d子體單獨(dú)存在時(shí)活度曲線b母體活度曲線c母子共同活度曲線200對(duì)于多代連續(xù)放射性衰變：只要母體A1的衰變常數(shù)

1足夠小，就會(huì)建立起按A1的半衰期進(jìn)行衰變的長期平衡體系。各代放射體的數(shù)量之比不隨時(shí)間變化；各代子體的放射性活度都等于母體的放射性活度，且均按1進(jìn)行衰變。i=2,3,4,…總核數(shù)為N10，平衡后總活度為n×A1。平衡原理圖能長期平衡的條件：1、母體的半衰期長于子體的半衰期。

TA

＞TB特點(diǎn)：放射性衰變平衡后:子體的衰變率等于母體的衰變率。

AB=AA長期平衡應(yīng)用意義：已知226Ra的半衰期是1602年，它的子體222Rn的半衰期是3.82天，符合長期平衡條件設(shè)一個(gè)擴(kuò)散器內(nèi)裝鐳標(biāo)準(zhǔn)源，含226Ra2×10-10g，將擴(kuò)散器內(nèi)原來的222Rn除去，這樣擴(kuò)散器內(nèi)的222Rn濃度逐漸升高，約經(jīng)過25天后，222Rn的強(qiáng)度接近了飽和值，等于母體226Ra的強(qiáng)度值（2×10-10×3.7×10-10=7.4次/秒）。這也是我們測(cè)226Ra的原理。利用長期平衡估算物質(zhì)的量：如礦石中鈾238U與226Ra平衡時(shí)有AU=ARa即λUNU=λRaNRaNRa/NU=λU/λRa=T1/2Ra/T1/2U=3.58×10-7思考題：當(dāng)一個(gè)已被淋浸過的鈾礦石。用鈾含量來估算Ra時(shí)，結(jié)果時(shí)偏高還是偏低？當(dāng)用Ra含量，估算鈾含量時(shí)，結(jié)果時(shí)偏高還是偏低？2.3放射系地球的年齡大約有10億年。經(jīng)過漫長的時(shí)間后，還能保存下來的天然放射系，其母核(或衰變鏈中的子核)的半衰期都很長，要和地球年齡相近或更長，目前發(fā)現(xiàn)地球上還存在著三個(gè)天然放射系，分別為：釷系，鈾系和錒系(1)、釷系（4n系）釷系從開始，經(jīng)過連續(xù)10次衰變，最后到達(dá)穩(wěn)定核素是4的整數(shù)倍的質(zhì)量數(shù)子體中半衰期最長為5.75a，所以釷系建立起長期平衡需要幾十年時(shí)間。(2)、鈾系（4n+2系）鈾系從開始，經(jīng)過連續(xù)14次衰變，最后到達(dá)穩(wěn)定核素是4的整數(shù)倍+2的質(zhì)量數(shù)子體中半衰期最長為2.45×105a，所以鈾系建立起長期平衡需要幾百萬年時(shí)間。(3)、錒系（4n+3系）錒系從開始，經(jīng)過連續(xù)11次衰變，最后到達(dá)穩(wěn)定核素是4的整數(shù)倍+3的質(zhì)量數(shù)子體中半衰期最長為3.28×104a，所以錒系建立起長期平衡需要幾十萬年時(shí)間。(4)、（4n+1系）镎系镎系從開始，經(jīng)過連續(xù)11次衰變，最后到達(dá)穩(wěn)定核素是4的整數(shù)倍+1的質(zhì)量數(shù)天然放射系中缺少4n+1放射系，人工造成1）這三個(gè)放射系衰變的末代子體為穩(wěn)定的鉛。2）都有一代子體為氡，即222Rn（習(xí)慣稱鐳射氣，用Rn表示）、220Rn（習(xí)慣稱釷射氣，用Tn表示）、210Rn（習(xí)慣稱錒射氣，用An表示）2.4放射性規(guī)律的應(yīng)用

放射性的應(yīng)用很廣泛，這里只討論衰變規(guī)律本身的應(yīng)用例子。1、放射源活度修正2、確定放射源活度和制備時(shí)間3、確定放射源性質(zhì)4、確定遠(yuǎn)期年代5、短壽命核素發(fā)生器1、放射源活度修正典型應(yīng)用：已知一個(gè)放射源某時(shí)的活度，求現(xiàn)在的活度。根據(jù)：若放射源已知，則已知，根據(jù)已知條件A(0)和t可以求出現(xiàn)在或某時(shí)該源的活度。例：?jiǎn)我环派湫院怂?37Cs

，1984年3月9日制備時(shí)的質(zhì)量為W=210–5g。已知137Cs的原子量A=136.907，半衰期T1/2=30.17年。請(qǐng)計(jì)算該源今天的放射性活度。先來計(jì)算1984年源制備時(shí)的137Cs核數(shù)，解：根據(jù)：1984年137Cs源的放射性活度：當(dāng)前137Cs源的放射性活度：137Cs的衰變常數(shù)：

137Cs源經(jīng)過20年，其放射性活度減弱為原來的63％。2、確定放射源活度和制備時(shí)間典型應(yīng)用：在人工制備放射源時(shí)，確定制備的源的活度和最佳制備時(shí)間。地球上的1600多種放射性核素大部分是人工制造的，如：核燃料239Pu，強(qiáng)中子物質(zhì)252Cf(锎)等。反應(yīng)堆制備(豐中子核素)：強(qiáng)中子流照射靶核，靶核俘獲中子生成放射性核；反應(yīng)堆中子引起重核裂變，從裂變碎片中提取放射性核素。加速器制備(缺中子核素)：主要通過帶電粒子核反應(yīng)獲得反應(yīng)生成核。若在人工制備放射源時(shí)，帶電粒子束或中子束的強(qiáng)度是一定的，則放射性核素的產(chǎn)生率P也是恒定的，而源在制備過程中同時(shí)又在衰變。因此放射性核素的變化率為:利用初始條件t=0時(shí)，N(t)=0，解方程得：若要A(t)

達(dá)到P

的99％，則需要時(shí)間為t=6.65T1/2。則活度為：定義：飽和因子S，人工放射性生長曲線人工放射性活度隨時(shí)間的變化：t/T1/20.5123456A/P0.2930.5000.7500.8750.9380.9690.9853、確定放射源性質(zhì)典型應(yīng)用：在人工制備放射源時(shí)，確定其組成是很重要的，因這和其放射性活度及輻射的粒子密切相關(guān)。這個(gè)過程會(huì)達(dá)到長期平衡，平衡后，原純90Sr源，變?yōu)?0Sr和90Y共存的源，并以母核的半衰期衰變。這時(shí)源活度是純90Sr源的兩倍，發(fā)射的粒子能量也有了變化。由于：例如要制備放射源，4、放射性鑒年法——確定遠(yuǎn)期年代(1)、14C斷代年代法14C:具有放射性，半衰期

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年。主要用于考古學(xué)中的年代測(cè)定。14C從哪來的？大氣中：活生物體內(nèi)的12C與14C含量之比與大氣中相當(dāng)。宇宙射線與大氣層中核發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生中子。

可以算得：

1g有生命機(jī)體的C中含14C約61010個(gè)，每分鐘發(fā)生衰變的14C約14個(gè)。當(dāng)生命結(jié)束后，生物體停止與大氣的C交換。其體內(nèi)14C不斷衰變，數(shù)目不斷減少。而其體內(nèi)12C的數(shù)目保持不變。斷代方法：通過測(cè)量：

1、14C的

放射性活度，

2、測(cè)量14C核素?cái)?shù)目，都可以測(cè)定生物體死亡距今的年代。加速器質(zhì)譜(AMS)方法可以直接測(cè)量核素的數(shù)目。將古代樣品含量比與現(xiàn)代參考樣品含量比比較，可以確定生物體死亡距今的時(shí)間t

：(2)、地質(zhì)放射性鑒年法——利用長壽命核素的衰變?cè)缙诶免櫹?、錒系等放射系，母體半衰期與地球年齡相當(dāng)；后來發(fā)展利用40K、87Rb等長壽命核素。設(shè)：巖石生成時(shí)刻t0，母核數(shù)Np(t0)，子核數(shù)Nd(t0)=0

測(cè)量時(shí)刻t1，母核數(shù)Np(t1)，子核數(shù)Nd(t1)

(穩(wěn)定)由方程解得：由母核衰變常數(shù)

、t1時(shí)刻子核母核數(shù)之比，就可求出樣品年代。令利用天然放射系，也可以測(cè)定地質(zhì)年代。例如鈾系滿足：當(dāng)放射系達(dá)到平衡后，類似地，對(duì)于錒系，為了降低系統(tǒng)誤差的影響，其中，對(duì)一般地質(zhì)樣品，5、短壽命核素發(fā)生器核醫(yī)學(xué)、放射醫(yī)學(xué)等需要短壽命的放射性核素，如99mTc(T1/2=6.02h)、113mIn(T1/2=104m)等。

問題是：如何將生產(chǎn)的這些短壽命放射性核素運(yùn)輸?shù)结t(yī)院等需要使用它們的地方？“母?！保豪眠B續(xù)衰變系列。母牛原理：壽命較長的核素不斷產(chǎn)生短壽命子體，需要時(shí)，將子體分離出來，而母體繼續(xù)不斷衰變生長出子體。例如：“母?！?。由于T1/2(99Mo)>T1/2(99mTc)，體系可建立暫時(shí)平衡。當(dāng)t=tm時(shí)，子核放射性活度最大，輻射的危害放射性對(duì)人體的危害在大劑量的照射下，放射性對(duì)人體和動(dòng)物存在著某種損害作用。如在400rad的照射下，受照射的人有5%死亡；若照射650rad，則人100%死亡。照射劑量在150rad以下，死亡率為零，但并非無損害作用，住往需經(jīng)20年以后，一些癥狀才會(huì)表現(xiàn)出來。放射性也能損傷遺傳物質(zhì)，主要在于引起基因突變和染色體畸變，使一代甚至幾代受害。

核能知識(shí)

1.鈾的同位素鈾是自然界中原子序數(shù)最大的元素。天然鈾的同位素主要是鈾-238和鈾-235，它們所占的比例分別為99.3%和0.７％。除此之外，自然界中還有微量的鈾-234。鈾-235原子核完全裂變放出的能量是同量煤完全燃燒放出能量的2700000倍。

1）、1KgU-235完全裂變釋放的能量相當(dāng)與20000tTNT炸藥的威力。2）、1gU-235≈2.5t優(yōu)質(zhì)煤重核裂變

重核裂變是指一個(gè)重原子核，分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等原子量的原子核，引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而釋放出巨大的能量。例如，當(dāng)用一個(gè)中子轟擊Ｕ-235的原子核時(shí)，它就會(huì)分裂成兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核，同時(shí)產(chǎn)生2—3個(gè)中子和β、γ等射線，并釋放出約200兆電子伏特的能量。

如果再有一個(gè)新產(chǎn)生的中子去轟擊另一個(gè)鈾-235原子核，便引起新的裂變輕核聚變

輕核聚變是指在高溫下(幾百萬度以上)重氫核(氘核)與超重氫核(氘核)結(jié)合成氦放出大量能量的過程，也稱熱核反應(yīng)。它是取得核能的重要途徑之一。由于原子核間有很強(qiáng)的靜電排斥力，因此在一般的溫度和壓力下，很難發(fā)生聚變反應(yīng)。自持的核聚變反應(yīng)必須在極高的壓力和溫度下進(jìn)行，故稱為“熱核聚變反應(yīng)”。

核能是可持續(xù)發(fā)展的能源在世界上核裂變的主要燃料鈾和釷的儲(chǔ)量分別約為490萬噸和275萬噸。輕核聚變的燃料是氘和鋰，1升海水能提取30毫克氘，在聚變反應(yīng)中能產(chǎn)生約等于300升汽油的能量，即“1升海水約等于300升汽油”，地球上海水中有40多萬億噸氘，足夠人類使用百億年。地球上的鋰儲(chǔ)量有2000多億噸，鋰可用來制造氚，足夠人類在聚變能時(shí)代使用。地球上能夠用于核聚變的氘和氚的數(shù)量，可供人類使用上千億年。U-235的濃縮濃縮后的鈾中U-235的含量從0.72%～99.99999%不等。超過濃度3%的鈾是用來發(fā)電超過濃度90%的鈾是用來造原子彈的。濃縮技術(shù)：氣體擴(kuò)散法、離心分離法（以UF6的形式進(jìn)行）、激光法、噴嘴法、電磁法分離法、化學(xué)分離法乏燃料

是指在核反應(yīng)堆內(nèi)使用（輻照）達(dá)到計(jì)劃的卸料比燃耗后,自堆內(nèi)卸出的、不再在原核反應(yīng)堆中使用的核燃料。

核工業(yè)的主要業(yè)務(wù)范圍核工業(yè)的主要業(yè)務(wù)范圍包括：鈾礦勘探、鈾礦開采與鈾的提取、燃料元件制造、鈾同位素分離、反應(yīng)堆發(fā)電、乏燃料后處理、同位素應(yīng)用以及與核工業(yè)相關(guān)的建筑安裝、儀器儀表、設(shè)備制造與加工、安全防護(hù)及環(huán)境保護(hù)。

核燃料循環(huán)及其組成

核燃料循環(huán)是指核燃料的獲得、使用、處理、回收利用的全過程。核燃料循環(huán)通常分為前端和后端兩部分，前端包括鈾礦勘探、鈾礦開采、礦石加工（包括選礦、浸出、提取和沉淀等工序）、精制、轉(zhuǎn)化、濃縮、元件制造等；后端包括對(duì)反應(yīng)堆輻照以后的乏燃料元件進(jìn)行鈾钚分離的后處理以及對(duì)放射性廢物進(jìn)行處理、貯存和處置。

放射性應(yīng)用

一、同位素應(yīng)用1、工業(yè)同位素示蹤

放射性同位素的探測(cè)靈敏度極高，這是常規(guī)的化學(xué)分析無法比擬的。利用微量同位素動(dòng)態(tài)追蹤物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是放射性示蹤不可替代的優(yōu)勢(shì)。目前，這一技術(shù)已廣泛用于石油、化工、冶金、水利水文等部門，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2、同位素電池

放射性同位素在進(jìn)行核衰變時(shí)釋放的能量，可以用作制造特種電源——同位素電池。這種電池是目前人類進(jìn)行深空探索唯一可用的能源?？臻g同位素電池(如钚-238電池)的特點(diǎn)是：不需對(duì)太陽定向，小巧緊湊，使用壽命長。

3、同位素監(jiān)控儀表放射性同位素放出的射線作為一種信息源可取得工業(yè)過程中的非電參數(shù)和其他信息。根據(jù)這一原理制作的各種同位素監(jiān)控儀表，如料位計(jì)、密度計(jì)、測(cè)厚儀、核子秤、水分計(jì)、γ射線探傷機(jī)和離子感煙火災(zāi)報(bào)警器等可用來監(jiān)控生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)，以及探知火情等。

4、輻射加工方面輻射加工是利用電離輻射作為一種先進(jìn)的手段對(duì)物質(zhì)和材料進(jìn)行加工處理的一門技術(shù)。這種加工方式目前已在交聯(lián)線纜、熱縮材料、橡膠硫化、泡沫塑料、表面固化、中子嬗變摻雜單晶硅、醫(yī)療用品消毒、食品輻照保藏以及廢水、廢氣處理等領(lǐng)域取得顯著成效，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

5、輻射育種輻射育種，是利用γ射線等射線誘發(fā)作物基因突變，獲得有價(jià)值的新突變體，從而育成優(yōu)良品種。我國輻射突變育種的成就突出育成的新品種占世界總數(shù)的四分之一。特別是根、棉、油等作物的推廣，取得了顯