核技术利用辐射安全与防护考核知识点提炼--电离辐射安全与防护基础2020.1.10

LOGO核技术利用辐射安全与防护考核知识点提炼电离辐射安全与防护基础2020年1月15日第一章：原子与辐射Ø1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴发现X射线Ø1896年，法国科学家亨利·贝克勒尔在研究铀矿荧光现象的过程中，铀矿物能发射出穿透力很强并能使照相底片感光的不可见的射线。这种现象被称为放射性，放射性活度单位用贝克（Bq）表示，是以亨利·贝克勒尔的名字命名的。Ø1898年，居里夫妇发现镭元素，玛丽·思克多夫斯卡·居里做了进一步研究，第一个提出了放射性术语。第一节电离辐射的发现第一章：原子与辐射思考题：1、哪一位科学家发现了X射线？德国物理学家威廉·康拉德·伦琴发现X射线2、X射线最早应用在什么领域？医学应用3、哪位科学家第一次发现了放射性？法国科学家亨利·贝克勒尔4、哪位科学家第一次提出了放射性术语？玛丽·思克多夫斯卡·居里（俗称居里夫人）5、哪位科学家分离出了放射性金属镭？居里夫妇第一节电离辐射的发现第一章：原子与辐射知识点1：辐射概念，是以波或粒子的形式向周围空间传播能量的统称。换句话说，也就是携带能量的波或者粒子。普通人觉得辐射可以分为--电磁辐射，热辐射，光辐射,核辐射等等。最科学的辐射分类只有两种--电离辐射和非电离辐射知识点2：电离辐射,这是本学科领域最最基本的概念，也是所有核技术利用的源泉。我觉得是必考知识点。第二节电离辐射与非电离辐射第一章：原子与辐射知识点2：电离辐射,这是本学科领域最最基本，也是所有核技术利用的源泉。电离辐射概念：凡是波或者粒子能量大于12.4eV的都是电离辐射，这个能量阈值足以使物质原子或分子中的电子成为自由电子，从而使这些原子或分子发生电离现象的辐射。知识点3：非电离辐射：很简单能量小于12.4eV的波或者粒子，不能使原子和分子发生电离。第二节电离辐射与非电离辐射第一章：原子与辐射知识点4：再讲一下电离辐射和电磁辐射的异同，有助于大家深入理解，理解了就记住了，死记硬背不现实。Ø首先电磁辐射里面有非电离辐射，也有电离辐射（除了x和γ射线，其他电磁辐射都是非电离辐射）。Ø电离辐射里面的x和γ射线本质属于高频电磁波，如下图所示。但是电离辐射还有其他不属于电磁辐射的比如α粒子，β射线，中子等。第二节电离辐射与非电离辐射第一章：原子与辐射知识点4：电磁辐射能量都是线性关系，普朗克常量与频率的乘积关系。所以频率越高能量越大，在电磁辐射领域紫外线能量接近X射线能量，所以我们可以用紫外线杀菌。大家可能觉得12.4eV没有什么概念，这么说吧我们的手机信号能量不过小于0.01eV。远远小于电离辐射所需要的阈值。第二节电离辐射与非电离辐射第一章：原子与辐射知识点5：常见的电离辐射和非电离辐射第二节电离辐射与非电离辐射非电离辐射：能量小于12.4eV，如紫外线、可见光、红外线和射频信号，超声波，电子伏eV的概念。电离辐射：能量大于12.4eV，如x和γ射线、中子、质子，α粒子、β粒子等第一章：原子与辐射第二节电离辐射与非电离辐射看到这个标志不要好奇，尽量远离，尽量减少接触时间。第一章：原子与辐射思考题：1、什么是辐射？以波或粒子的形式向周围空间传播能量的统称。换句话说，也就是携带能量的波或者粒子。2、电离辐射有哪些？高频电磁波x和γ射线，α和β粒子，质子，中子等3、哪些电离辐射不带电？高频电磁波x和γ射线4、非电离辐射有哪些？热辐射，可见光，红外，紫外，射频信号，超声波等。5、电离辐射和非电离辐射的主要区别是什么？阈值的存在，12.4eV是电离和非电离的分界点。第二节电离辐射与非电离辐射第一章：原子与辐射知识点1：原子的结构Ø原子核（质子和中子组成）以及核外电子两部分组成Ø核外电子也称为轨道电子，自里向外分为K、L、M、N、……等壳层，或者称为第一、二、三、四、……等壳层。每个壳层里最多可以容纳的电子数为2n2个电子第三节原子与原子核K层最多容纳2*12=2个电子L层最多容纳2*22=8个电子M层最多容纳2*32=18个电子以此类推第一章：原子与辐射每个原子包含一个原子核以及若干个电子。原子核位于中央，体积非常小，带正电荷。电子绕原子核运动，带负电荷，其“轨迹”就是所谓的电子云或电子层。电子云没有固定的边界，约为10-10m数量级。原子的核心部分是原子核，，其直径大约是原子直径的万分之一。原子核的大小取决于核内核子的数量。其半径大约为R=r0A1/3×10-15m，其中r0是个常数，其数值大约在1.4到1.5之间，A是原子核的质量数。电子本身则更要小得多。这就是说，原子内部基本上是“空的”。知识点2：原子的大小第三节原子与原子核第一章：原子与辐射12C原子质量的十二分之一定义为一个原子质量单位（amu或u）。知识点3：原子的质量质子的质量=1.007276amu≈1amu中子的质量=1.008665amu≈1amu电子的质量=0.000549amu（只相当于1H原子质量的1/1837）原子的质量应当等于原子核和核外电子质量的总和，第三节原子与原子核第一章：原子与辐射核外电子带有一个电子电荷的电量，极性为负。核内的每个质子也带有一个电子电荷的电量，但是极性为正。中子是不带电的。核外电子的数量和原子核内质子的数量相等，所以整个原子呈现中性。电子电荷（e）=1.602×10-19C知识点4：原子的电性第三节原子与原子核第一章：原子与辐射根据爱因斯坦的相对论理论，质量和能量都是物质的属性。任何具有一定质量m的物体，它相应的能量公式表示为：E=mc2(式中c是真空中的光速，此式称为质能方程，能量国际单位为焦耳核物理中常用电子伏特（简记为eV）作为能量单位。1eV表示一个电子在1V电位差下所获得的能量，约相当于1.6x10-19J。知识点5：原子的结合能第三节原子与原子核第一章：原子与辐射原子核由中子和质子组成。然而实际情况并非如此。实验测出的原子核质量总是小于构成它的核子质量之和。组成某一原子核的核子质量之和，与该原子核实际质量之差称作质量亏损△m。如果物体质量改变了△m，那么它的能量也必然产生相应的变化，即：△E=△mc2△E称作原子核的结合能，即各核子结合在一起构成原子核时所释放的能量。质量亏损越大，结合能越大，核子间结合的越紧密，原子核就越稳定。知识点5：原子的结合能第三节原子与原子核第一章：原子与辐射后边录制视频会穿插讲解，黑洞以及流浪地球的事例，有助于大家理解结合能。知识点5：原子的结合能第三节原子与原子核第一章：原子与辐射第三节原子的结合能思考题：1、描述原子的组成。原子核（质子和中子组成）以及核外电子两部分组成2、试述原子与原子核的大小。原子大约为10-10m数量级。原子核的大小取决于核内核子的数量。数量级在10-15m3、原子的质量主要由什么构成？原子的质量应当等于原子核和核外电子质量的总和，电子很轻，质量主要集中在质子和中子上。4、原子为什么不带电？质子带正电，电子带负点，质子数等于电子数，±电量相等抵消了。5、什么是结合能。原子核质量总是小于构成它的核子质量之和，物体质量改变了△m，那么它的能量也必然产生相应的变化，即：△E=△mc2△E称作原子核的结合能。第一章：原子与辐射第四节放射性与辐射知识点1：核素与同位素Ø同位素实际上就是Z相同而A不同的各核素的总称。同位素是指元素周期表中处于同一个位置，它们具有相同的化学性质。例如（氕）、（氘）、（氚）。同位素--相同位置的元素。位置--元素周期表当中的位置。同位素的化学，生物性质不变。Ø核素：具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子。核素分为稳定态核素和放射性核素两大类。H11H21H31第一章：原子与辐射知识点2：原素表示符号第四节放射性与辐射Z＝PA＝P＋N原子质量数（A）＝质子数（P）＋中子数（N）NAZX简化成XAØ核素符号X与质子数Z具有唯一、确定的关系，当元素X确定时，这个X就是Z，所以就将第一章：原子与辐射第四节放射性与辐射知识点3：放射性Ø什么是放射性？1896年，法国物理学家贝可勒尔（A.H.Becquerel）首次发现放射性现象。当原子核内的质子和中子数失去一定比例时，就处于不稳定状态，核素可以自发地发生核衰变，变成一种新的核素，同时放出一条或多条射线，这种特性称为放射性(radioactivity)。放射性来源于原子核的衰变：不稳定的核素衰变稳定的核素第一章：原子与辐射第四节放射性与辐射知识点3：放射性Ø衰变：放射性核素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。Ø放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。Ø放射性核素在衰变时，主要发射出三种类型的核辐射，α粒子、β粒子和γ射线。第一章：原子与辐射第四节放射性与辐射知识点4：放射性活度放射性核素经过放射性衰变转变为另一种核素或另一种状态，从而使原来放射性核素原子的数量减少，在衰变的过程中发射一个或多个辐射粒子。一个放射源，在单位时间内自发地发生放射性衰变的原子数，或者由于自发放射性衰变而减少的原子数，称为这个放射源的活度，它是放射性核素多少的量度。活度的单位是单位时间的衰变数，即s-1，其专用名为贝克[勒尔]（Bq）。1Bq表示每秒发生一次衰变。最早的活度单位是居里（Ci），1Ci定义为1g镭-226每秒发生衰变的原子数。1Ci=3.7×1010Bq（或37GBq）1mCi=3.7×107Bq第一章：原子与辐射第四节放射性与辐射知识点5：衰变规律（衰变常数，半衰期）Ø放射性衰变常数λ，表示单位时间（如1s或1a）内原子发生衰变的分数。不论核素发生任何化学或物理变化，衰变常数对于某一种放射性核素来说是固定的。Ø放射性核素的衰变都有自己固有的衰变速度（半衰期的概念）。衰变后产生的子体核素，有的是稳定的，有的仍是不稳定的，并继续衰变，直至衰变到稳定为止。Ø放射性核素的活度减少至原有值的一半所需的时间，称为半衰期，符号为T1/2Ø半衰期只针对大量放射性核素，单个核素原子无法讨论半衰期，只有大量放射性核素在一起才服从衰变规律。原子核数目减少一半的时间，核素衰变为其他核素的时间。第一章：原子与辐射第四节放射性与辐射知识点5：衰变规律（衰变常数，半衰期）衰变常数与半衰期的关系：T1/2=0.693/λ每一个放射性核素的衰变特性都是由该放射性核素固有性质所决定的，即每个放射性核素的半衰期和衰变常数都是这个放射性核素特有的、固定不变的。例如：131I的半衰期为8天，137Cs为30年，14C为5720年，239Pu为24000年，238U则为44.7亿年。在接连的几个半衰期中，放射性核素的活度会因衰变而减至初始活度的1／2，1／4，1／8等等，第一章：原子与辐射第四节放射性与辐射知识点6：辐射的类型和特点大多数辐射是由放射性物质产生的，某些是通过射线装置产生的--特别强调我们的CT，DR，安检仪，加速器都是通过高速电子轰击高原子序数靶头（一般是钨靶），韧致辐射产生X射线。X射线还有一个来源是放射性核素特定情况下核外电子跃迁会发出特征X射线。第一章：原子与辐射第四节放射性与辐射知识点6：辐射的类型和特点原子核自发地放出α粒子而变为另一种原子核的过程称为α衰变。产生α辐射（粒子），一张纸或者皮肤就可以阻挡α粒子，如果发射α粒子的核素被吸入或摄入体内，危险就比较大，因为这时的α粒子会使人体的组织细胞受到较大的损伤。特别注意防护内照射。衰变——241Am237Np第一章：原子与辐射第四节放射性与辐射知识点6：辐射的类型和特点β衰变β—衰变β辐射，又称β粒子原子核内质子相对缺少时，一个中子转变为一个质子，同时从核内释放出的负电子的过程。β-衰变——3H3He第一章：原子与辐射第四节放射性与辐射知识点6：辐射的类型和特点β衰变——β+衰变β辐射，又称β粒子原子核内中子相对缺少时，一个质子转变为一个中子，同时从核内释放出的正电子(positron)的过程。F-18，核医学PECT。β+衰变——22Na22N