核辐射物理及探测学是一门研究原子核的科学，涉及原子核的基本性质、各种辐射的产生、特征，辐射与物质的相互作用及微观世界的统计概率特性等。该学科内容丰富，与科学实验关系密切。
核辐射物理及探测学的课程旨在使学生深入了解核辐射物理学、辐射探测器的原理、性能和应用以及探测辐射的基本理论与方法，并具备创造性地灵活应用的能力。经过后续实验课的学习，学生在辐射探测实验技术方面将获得充分的训练。
核辐射可以分为核辐射、原子辐射、宇宙辐射等，又可分为天然辐射、人工辐射等。按照其荷电情况和粒子性质，辐射（射线）可分为：带电粒子辐射，如π、p、D、T、α、β等；中性粒子，如n、γ等；电磁辐射，如X射线和γ射线等。
在核辐射物理及探测学中，射线与物质的相互作用是一个重要的研究方向。射线与物质相互作用的分类包括带电粒子辐射非带电粒子辐射、快电子e、重带电粒子（P、d、T）、电磁辐射等。
学习核辐射物理及探测学，可以帮助我们更好地理解辐射及其探测本质，形成较为完整的概念，为核辐射探测技术的研究和应用奠定基础。
核辐射物理与探测学复习 一、关于载流子 1) 无论是气体探测器，还是闪烁、半导体探测器，其探测射线的本质都是将射线沉积在探 测器灵敏体积内的能量转换为载流子。这三种探测器具有不同的载流子，分别是：气体（），闪烁体（），半导体（）； 答： 气体：电子－离子对； 闪烁体：第一个打拿极收集到的光电子； 半导体：电子－空穴对； 2) 在这个转换过程中，每产生一个载流子都要消耗一定的能量，称之为（），对于三种探 测器来说，这个能量是不同的，分别大概是多少？气体（），闪烁体（），半导体（）。 这个能量是大些好，还是小些好？为什么？ 答： 平均电离能；30eV，300eV，3eV； 这个能量越小越好，因为平均电离能越小，产生的载流子就越多，而载流子的数目服从法诺分布，载流子越多则其数目的相对涨落越小，这会导致更好的能量分辨率； 3) 在这个转换过程中，射线沉积在探测器中的能量是一个（）变量，而载流子的数目是一 个（）变量，载流子的数目是不确定的，它服从（）分布，该分布的因子越是大些好，还是小些好？为什么？ 答：连续型变量；离散型变量；法诺分布；法诺因子越小越好，小的法诺因子意味着小的统计涨落，导致好的能量分辨率； 二、关于探测效率 1) 对于不带电的粒子（如γ、中子），在探测器将射线沉积在其灵敏体积中的能量转换为 载流子之前，还需要经历一个过程，如果没有该过程，则探测器无法感知射线。以γ射线为例，这个过程都包含哪些反应（）？这个过程的产物是什么（）？对于1个1MeV 的入射γ射线，请随便给出一个可能的该产物能量（）？ 答： 对于γ射线，这些反应包括光电效应、康普顿散射以及电子对效应（如果γ射线的能量>1.022MeV）； 这些反应的产物都是次级电子； 对于1个1MeV的γ射线，次级电子的能量可以是几十keV～几百keV，也可以是接近1MeV； 2) 这个过程发生将主要地决定探测器的探测效率，那么影响探测效率（本征）的因素都有 哪些（）？在选择探测器的时候，为了得到高的探测效率（本征），应该做什么考虑（）？ 答：
核辐射物理及探测学答案 核辐射物理及探测学是研究核辐射的性质、产生机制、相互作用规律以及辐射测量和探测技术的学科。下面是核辐射物理及探测学的答案参考： 1. 什么是核辐射？ 核辐射是指核物质发生放射性衰变时释放出的高能粒子或电磁波的过程。常见的核辐射有α粒子、β粒子和γ射线。 2. 核辐射的产生机制是什么？ 核辐射的产生机制主要包括原子核的自发衰变和核反应两种形式。自发衰变是核物质内部没有外界原因的情况下自动发生的衰变过程，而核反应是核物质与其他物质相互作用时发生的核变化过程。 3. 核辐射与物质的相互作用规律有哪些？ 核辐射与物质的相互作用规律包括电离作用、激发作用和相互作用距离的特性。电离作用是指核辐射通过与物质内部原子或分子的相互作用，将其电子从原子或分子中脱离的过程；激发作用是指核辐射使物质原子或分子的能级发生变化，但并没有电离的过程；相互作用距离的特性指的是不同类型的核辐射在物质中的相互作用长度和穿透深度的区别。 4. 核辐射的测量与探测技术有哪些？ 核辐射的测量与探测技术主要包括电离室、半导体探测器、闪烁体探测器、核废液谱仪等。电离室是一种通过测量核辐射在气体中电离产物的形成量来确定辐射强度的装置；半导体探测
器利用半导体材料特殊的电子结构对核辐射进行测量；闪烁体探测器则是利用某些材料在受到核辐射后会产生可见光信号的特性进行测量；核废液谱仪是一种用于测量放射性废弃物中放射性核素种类和浓度的仪器。 5. 核辐射的应用有哪些？ 核辐射的应用涉及核能、医学、工业等领域。在核能方面，核辐射被用于核电站的能源生产；在医学方面，核辐射被用于放射治疗、核医学诊断等；在工业方面，核辐射被用于材料检测、气候变化研究等。此外，核辐射还被用于食品辐照处理、碳测年等。
核辐射的检测方法，指标，仪器，原理和相关的环境标准 核辐射与物质间的相互作用是核辐射检测方法的物理基础。核辐射与物质间的相互作用包括电离作用、核辐射的散射与吸收，利用物质衰变辐射后的电离、吸收和反射作用并结合α、β和γ射线的特点可以完成多种检测工作。 核辐射检测仪器 核辐射监测原理及方法 能够指示、记录和测量核辐射的材料或装置。辐射和核辐射探测器内的物质相互作用而产生某种信息（如电、光脉冲或材料结构的变化），经放大后被记录、分析，以确定粒子的数目、位置、能量、动量、飞行时间、速度、质量等物理量。核辐射探测器是核物理、粒子物理研究及辐射应用中不可缺少的工具和手段。按照记录方式，核辐射探测器大体上分为计数器和径迹室两大类。 计数器以电脉冲的形式记录、分析辐射产生的某种信息。计数器的种类有气体电离探测器、多丝室和漂移室、半导体探测器、闪烁计数器和切伦科夫计数器等。 气体电离探测器通过收集射线在气体中产生的电离电荷来测量核辐射。主要类型有电离室、正比计数器和盖革计数器。它们的结构相似，一般都是具有两个电极的圆筒状容器，充有某种气体，电极间加电压，差别是工作电压范围不同。电离室工作电压较低，直接收集射线在气体中原始产生的离子对。其输出脉冲幅度较小，上升时间较快，可用于辐射剂量测量和能谱测量。正比计数器的工作电压较高，能使在电场中高速运动的原始离子产生更多的离子对，在电极上收集到比原始离子对要多得多的离子对(即气体放大作用)，从而得到较高的输出脉冲。脉冲幅度正比于入射粒子损失的能量，适于作能谱测量。盖革计数器又称盖革-弥勒计数器或G-M计数器，它的工作电压更高，出现多次电离过程，因此输出脉冲的幅度很高，已不再正比于原始电离的离子对数，可以不经放大直接被记录。它只能测量粒子数目而不能测量能量，完成一次脉冲计数的时间较长。 多丝室和漂移室这是正比计数器的变型。既有计数功能，还可以分辨带电粒
习题集 第一章习题 1-1 当电子的速度为2.5×108m ·s -1时, 它的动能和总能量各为多少MeV? 1-2 将α粒子的速度加速至光速的0.95时, α粒子的质量为多少u? 合多少g? 1-3 t=25℃, p=1.013×105 Pa 时, S+O 2→SO 2的反应热q=296.9kJ ·mol -1 , 试计算生成1molSO 2 时体系的质量亏损。 1-4 1kg 的水从0℃升温至100℃, 质量增加了多少? 1-5 试计算239U, 236U 最后一个中子的结合能。已知： ()MeV 307.47238,92=?；()MeV 572.50239,92=?；()MeV 916.40235,92=?；()MeV 442.42236,92=?。 1-6 当质子在球形核里均匀分布时，原子核的库仑能为 R Z Z e E c 02 4)1(5 3πε-= Z 为核电荷数，R 为核半径，0r 取m 15105.1-?。试计算C 13和N 13核的库仑能之差。 1-7 已知：()MeV 125.313,6=?；()MeV 346.513,7=?。计算C 13和N 13核的结合能之 差； 1-8 利用结合能半经验公式，计算 236 U, 239 U 最后一个中子的结合能, 并把结果与1-5题的结 果进行比较 1-9 计算K 42原子核每一个核子的平均结合能？ 1-10利用结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验 值进行比较, 说明质量公式的应用范围。 u Cu M 929756.63)(64=；u Ag M 905091.106)(107 =； u Ce M 905484.139)(140=；u U M 050786.238)(238 =； 1-10利用结合能半经验公式计算64Cu, 107Ag, 140Ce, 238U 核的质量, 并把计算值与下列实验 值进行比较, 说明质量公式的应用范围。 u Cu M 929756.63)(64=；u Ag M 905091.106)(107 =； u Ce M 905484.139)( 140 =；u U M 050786.238)( 238 =； 1-11质子、中子和电子的自旋都为1/2, 以N 14 7为例证明： 原子核不可能由电子和质子组 成, 但可以由质子和中子组成。 1-12 试证明对偶偶核基态的宇称总是偶的。 第二章习题 2-1 放射性核素的活度分别经多少个半衰期以后，可以减小至原来的3%, 1%, 0.1%, 0.01%? 2-2 已知32P,C,U 14238 的半衰期分别为14.26d, 5730a, 4.468×109a ，试求它们的衰变常数 （以sec -1 为单位）。 2-3 放射性核素平均寿命的含义是什么？试计算 239 124 24410Pu(.)/T y =?， )1.28(Sr 2/190 a T =， 210 121384Po(.)/T d =的平均寿命。 2-4 对只含一种放射性核素的放射源，在不同时间进行测量，所得数据如下：
核物理学的基本原理及应用 核物理学，是研究原子核结构、性质及其与其他物理现象之间 关系的学科，是现代物理、化学研究的重要方向。核物理学的发 展自19世纪末开始，伴随着人类对于原子核内部结构的认识和制 造原子弹、核反应堆等重大事件的发生，核物理学的重要性也越 来越明显。本文将从基本原理和应用两个方向，介绍核物理学的 发展历程、基本概念和实际应用。 一、基本原理 1.1 原子核的组成 原子核由质子和中子组成。质子和中子都是由夸克构成的，但 质子是由两个上夸克与一个下夸克构成，中子则是由两个下夸克 和一个上夸克组成。质子和中子质量相当，均为约 1.67×10-27kg，而电子的质量则只有1/1836质子质量。因此，原子核的质量主要 由质子和中子贡献，而原子核的其他性质（如核磁矩）也与质子 和中子有关。 1.2 核力及其作用
原子核中的核子间的作用力称为核力。核力非常强，能够克服 质子之间的静电排斥力，将核子维持在原子核内。核力的作用范 围非常短，大约只有0.1微米左右，因此只能影响相邻的核子。这也解释了为什么原子核的大小与质子数和中子数的总和相比，非 常小。 1.3 核反应和核能 核反应是指原子核因为相互作用而发生的变化。根据变化前后 的核素和反应过程特征，可以将核反应分为核裂变和核聚变两种。核裂变是指重核分裂成较轻的两个核片和中子，而核聚变是指轻 核相互融合形成较重的核。核反应越来越多地被应用于能源领域，特别是核聚变，被认为是未来清洁能源的重要来源。 1.4 辐射和核辐射 辐射是指物质在空间中传递能量的一种方式，包括电磁辐射和 粒子辐射。电磁辐射是指电磁波通过空间传递能量，如X射线、γ 射线等；粒子辐射则指粒子沿一定方向传递能量，如α射线、β射
第一章：核辐射的基本知识 第一节放射性现象 放射性现象对于我们早已不陌生，岩石里、食物内、空气中，到处都存在放射性。放射性现象就是不稳定的核素自发地放出粒子或γ射线，或在轨道电子俘获后放出X射线，或产生自发裂变的过程。 我们知道，原子由原子核和其外围绕的电子组成，原子核由质子及中子组成，质子与电子的数目相等，使原子呈中性。通常用A Z X表示核素，X为元素的化学符号；A为质量数，等于质子和中子质量的总和，Z为原子序数，等于质子的数目。例如氢有三个核素：氢、氖、氖，分别记作11H，21H，31H，它们是同位素。同位素是质子数相同，而中子数不相同的核素。 从构成万物的一百多种元素来看，已经发现了2000多种核素，其中280多种核素是稳定的。在不稳定的核素中有60多种是天然放射性核素，其中主要在Z＞83的元素里，而余下的为人工放射性核素。 天然放射性核素发生核衰变时，会放出α、β、γ射线，人工放射性核素还可以辐射出质子或中子等。 天然放射性核素自发地衰变，一般不受温度、压力的影响，并且按指数规律变化，若某时刻t时的放射性原子核数目为N（t）,则其与初始N0时具有的放射性原子核数目N。之间有下面的关系： N（t）= N0e-λt（1-1） λ称为衰变常数，和原子核的性质有关，不同的原子核有不同的λ，衰变常数的物理意义是单位时间内一个原子核发生衰变的概率。它反映的是衰变的速度，λ愈大，则衰变率愈大，衰变速度愈快。通常用半衰期T1/2来表示衰变的速度或元素的寿命。半衰期就是放射性元素原有的原子衰变一半所需要的时间。例如238U的半衰期T1/2= 4．51*109a,从若原有1000万个原子，则经过4．51*109a后将剩下一半，约 500万个，再经过4．51*109a又剩下一半．约为 250万个；而不是经过一个半衰期剩下了一半，再经过一个半衰期的时间另一半就衰变完了。实际上，历时10个半衰期，原有的原子还剩下于分之一左右。半衰期和衰变常数有下面的简单关系： T1/2=ln2/λ（1-2） 各种放射性核素的半衰期差别很大，例如氡的三个放射性同位素：222Rn（氡）、220Rn（钍射气）、219Rn（锕射气）虽然同为惰性气体，但半衰期差别很大，分别为 3．8 2 5 d，5 5．6 s和 3．9 6s，利用半衰期的差别就可以把它们区分开来。 虽然不同放射性核素的半衰期或衰变常数为一确定数值，基本上不随化学或物理状态而改变。但是在放射性测量时我们将会发现，测量条件虽未变化，而所得结果并不完全一样，即放射源每单位时间内发生衰变的原子数目是不相同的，时多时少，有起有伏。例如第一次读数为每分钟100次衰变，条件完全相同，第二次读数可能为每分钟97次衰变，第三次读数却为每分钟108次衰变，……，前后读数相差不少，这是其他许多测量（长度测量、重量测量等）中未见到过的，这种现象称为放射性衰变的统计涨落。出现这种现象的原因在于放射性原子核的衰变是自动发生的，哪一个原子核发生衰变是带有偶然性的，谁先衰变，谁后衰变无法确定。因此，对一具有大量原子的放射源，在某一时刻会有较多的原子核衰变，而另一时刻则有较少的原子核衰变，这样便使观测结果有了起伏涨落。 实验及理论均已证明，放射性测量的数据虽有涨落，但比较集中地在某一个范围内波
第一章 原子核的基本性质 1-1 当电子的速度为18105.2-⨯ms 时，它的动能和总能量各为多少？ 1-2 将α粒子的速度加速至光速的0.95时，α粒子的质量为多少？ 1-5 已知()()92,23847.309,92,23950.574MeV MeV ∆=∆= ()()92,23540.921,92,23642.446MeV MeV ∆=∆= 试计算239U ，236U 最后一个中子的结合能。 1-8 利用结合能半经验公式，计算U U 239236,最后一个中子的结合能，并与1－5式的结果进行比较。 第二章 原子核的放射性 2.1经多少半衰期以后，放射性核素的活度可以减少至原来的3%,1%,0.5%,0.01%? 2.7 人体内含%18的C 和%2.0%的K 。已知天然条件下C C 1214与的原子数之比为12102.1，C 14的573021=T 年；K 40的天然丰度为%0118.0，其半衰期a T 9211026.1⨯=。求体重为Kg 75的人体内的总放射性活度。 2-8 已知Sr 90按下式衰变： Zr Y Sr h a 90 64,901.28,90−−→−−−−→−--ββ(稳定) 试计算纯Sr 90放置多常时间，其放射性活度刚好与Y 90的相等。 2-11 31000cm 海水含有g 4.0K 和g 6108.1-⨯U 。假定后者与其子体达平衡，试计算31000cm 海水的放射性活度。 第三章 原子核的衰变 3.1 实验测得Ra 226的α能谱精细结构由()%95785.41MeV T =α和()%5602.42MeV T =α两种α粒子组成，试计算如下内容并作出Ra 226衰变网图（简图） （1）子体Rn 222核的反冲能； （2）Ra 226的衰变能； （3）激发态Rn 222发射的γ光子的能量。 3.2 比较下列核衰变过程的衰变能和库仑位垒高度： Th He U 2304234+→； Rn C U 22212234+→； Po O U 21816234+→。
核物理学中的实验研究 核物理学作为物理学的重要分支之一，涉及到原子核内部结构、核反应及核辐 射等多个方面。在核物理学的研究中，实验研究是不可或缺的一部分，通过实验研究可以验证理论，揭示原子核内部的奥秘。 一、实验研究在核物理学中的作用 实验研究是核物理学研究的核心，可以帮助研究者深入了解原子核的内部结构。在核物理学中，实验研究可以验证理论，评估模型，相比于计算模拟，实验研究更准确更有说服力。 利用实验手段，可以对原子核的内部结构进行详细的测量和分析。如同位素的 光谱测量和作为核结构的手段进行原子核形态的研究等等。实验研究除可验证理论外，同样也可以为未来的理论发展奠定良好的基础。理论和实验的交互作用反过来也鼓励了新的实验手段和方法的提出，这样就促进了这一学科的发展。 二、核物理学中的实验手段 1、同位素制备与分析 同位素制备是核物理学实验的重要一步。基于质谱仪和其他分析方法的技术在 制备和分析过程中起到了关键作用。制备同位素的方法可以利用重离子轰击靶核在核反应中产生的裂变产物，而分析手段可以采用选离式场法或基于小角散射方法进行分析。制备和分析都是极其关键的工作，实验手段的不断进步也为原子核结构的更深层次的研究奠定了更好的基础。 2、核束 核束技术也是核物理学实验的一大重要手段。利用离子加速器聚集慢重离子， 通过离子源产生的大小和种类来控制所产生的核束的束流。核束通过实验系统，通
过反应分析器和探测器进行分析，然后进行分析。核束技术常用于研究其余核，光镜核等特殊核。 3、探测器 在核物理学实验中，探测器也是非常重要的一环。具有不同性质的探测器可用 于研究原子核中的不同性质。其中最流行的探测器是低压气体比例计。对于低能问题中的正子探测和伽马射线探测有较好的适用性，并发展了多层接收器从而可以获得有关离子和次级粒子轨迹的深入研究。 三、实验研究的进展与趋势 随着科学技术的不断进步，核物理学在实验研究中也可从中受益。最先进的窄 束核技术、同位素动态追踪技术和多普勒效应等技术已经引入核物理学研究，以帮助研究者进一步了解原子核的内部结构。 同样，快速发展的计算机技术也为核物理学的实验研究提供了广泛的可能性。 通过模拟实验，可以深入了解不同核反应的概率和执行几率。当然，计算模拟仅仅是辅助方法，它还需要与实验相结合得到验证。 在未来，核物理学的实验研究将更多地采用新兴技术，例如看不见的轻球体核 碎裂与转变，核物理的精密测量等技术。 核物理学的实验研究是物理学研究中不可或缺的一部分。通过各种实验手段， 可以更深入地了解原子核的内部结构。尽管实验研究时间周期更长、所需成本更高、可能结果的实现率更低，但他依旧是推动领域发展的不可或缺的部分。
一、名词解释 每名词3分 共24分 半衰期 放射性核素数目衰减到原来数目一半所需要的时间的期望值。放射性活度 表征放射性核素特征的物理量 单位时间内处于特定能态的一定量的核素发生自发核转变数的期望值。A N/dt。射气系数 在某一时间间隔内 岩石或矿石析出的射气量N1与同一时间间隔内该岩石或矿石中由衰变产生的全部射气量N2的比值 即η*= N1/N2×100%。原子核基态 处于最低能量状态的原子核 这种核的能级状态叫基态。核衰变 放射性核素的原子核自发的从一个核素的原子核变成另一种核素的原子核 并伴随放出射线的现象。α衰变 放射性核素的原子核自发的放出α粒子而变成另一种核素的原子核的过程成为α衰变衰变率 放射性核素单位时间内衰变的几率。轨道电子俘获 原子核俘获了一个轨道电子 使原子核内的质子转变成中子并放出中微子的过程。衰变常数 衰变常数是描述放射性核素衰变速度的物理量 指原子核在某一特定状态下 经历核自发跃迁的概率。线衰减系数 射线在物质中穿行单位距离时被吸收的几率。质量衰减系数 射线穿过单位质量介质时被吸收的几率或衰减的强度 也是线衰减系数除以密度。铀镭平衡常数 表示矿 岩 石中铀镭质量比值与平衡状态时铀镭质量比值之比。吸收剂量 电力辐射授予某一点处单位质量物质的能量的期望值。D=dE/dm 吸收剂量单位为戈瑞 Gy 。平均电离能 在物质中产生一个离子对所需要的平均能量。碰撞阻止本领 带电粒子通过物质时 在所经过的单位路程上 由于电离和激发而损失的平均能量。核素:具有特定质量数 原子序数和核能态 而且其平均寿命长的足以已被观察的一类原子粒子注量 进入单位立体球截面积的粒子数目。粒子注量率 表示在单位时间内粒子注量的增量能注量 在空间某一点处 射入以该点为中心的小球体内的所有的粒子能量总和除以该球的截面积能注量率 单位时间内进入单位立体球截面积的粒子能量总和比释动能 不带电电离粒子在质量为dm的某一物质内释放出的全部带电粒子的初始动能总和剂量当量 某点处的吸收剂量与辐射权重因子加权求和同位素:具有相同的原子序数 但质量数不同 亦即中子数不同的一组核素照射量 X=dq/dm 以X射线或γ射线产出电离本领而做出的一种量度照射量率 单位质量单位时间内γ射线在空间一体积元中产生的电荷。剂量当量指数 全身均匀照射的年剂量的极限值同质异能素 具有相同质量数和相同原子序数而半衰期有明显差别的核素平均寿命 放射性原子核平均生存的时间.与衰变常熟互为倒数。电离能量损耗率 带电粒子通过物质时 所经过的单位路程上 由于电离和激发而损失的平均能量平衡含量铀 达到放射性平衡时的铀含量分辨时间: 两个相邻脉冲之间最短时间间隔康普顿边:发生康普顿散射时 当康普顿散射角为一百八十度时所形成的边康普顿坪 当康普顿散射角为零到一百八十度时所形成的平台累计效应:指y光子在介质中通过多次相互作用所引起的y光子能量吸收边缘效应: 次级电子产生靠近晶体边缘 他可能益处晶体以致部分动能损失在晶体外 所引起的脉冲幅度减小和峰效应: 两哥y光子同时被探测器晶体吸收产生幅度更大的脉冲 其对应能量为两个光子能量之和双逃逸峰 指两个湮没光子不再进行相互作用就从探测器逃出去响应函数: 探测器输出的脉冲幅度与入射γ射线能量之间的关系的数学表达式能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数探测效率 表征γ射线照射量率与探测器输出脉冲1. 峰总比:全能峰的脉冲数与全谱下的脉冲数之比峰康比:全能峰中心道最大计数与康普顿坪内平均计数之比 峰总比 全能峰内的脉冲数与全谱下的脉冲数之比入射本征效率 指全谱下总脉冲数与射到晶体上的y光子数之比本征峰效率 全能峰内脉冲数与射到晶体上y光子数之比源探测效率:全谱下总计数率与放射源的y光子发射率之比源峰探测效率:全能峰内脉冲数与放射源y光子发射率之比光电吸收系数:光子发生光电效应吸收几率光电截面:一个入射光子单位面积上的一个靶原子发生光电效应的几率原子核基态 原子核最低能量状态轫致辐射 高速带电粒子通过物质时与库仑场作用而减速或加速时伴生的电磁辐射。俄歇电子 在
辐射探测与测量-要求及答案四川大学版 《辐射探测与测量》 第一章掌握内容： 1. 放射性的衰变规律、表达式、换算关系； 2. 放射性活度的定义、单位； 3. 比放射性活度； 对于固体:比放射性活度为单位质量某种物质的放射性活度。Bq/kg 对于气体、液体:为单位体积内放射性活度。Bq/m^3
第二章掌握内容： 1. α、β、γ与物质相互作用的规律（与入射粒子、靶物质的关系）、主要作用形式； α粒子的电离能力强，与物质相互作用时，轨迹基本成直线，路程和射程可以认为基本相等，穿透能力弱 β射线与物质相互作用时，主要引起电离能量损失、辐射能量损失和多次散射，其穿透能力较α射线强。 γ射线与物质相互作用主要有光电效应、电子对效应、康普顿效应，γ射线的穿透本领强。 2. 歧离现象产生的原因及表现形式：能量损失的随机性引起某一物理量的涨落。 能量岐离、射程岐离、角度岐离 3. 相同：都是带电粒子，在与物质相互作用时，仍然主要是与物质中的原子核外电子发生电离相互作用。 不同：β粒子的质量是α粒子质量的1/7300，它与物质作用的主要形式有：电离能量损失、辐射能量损失和多次散射，它的运动轨迹不再成直线，而是变得十分曲折。 4.
γ射线与物质相互作用方式：光电效应、康普顿效应、电子对效应、除上述三种主要相互作用外，还有相干散射、光致核反应、核共振反应 5.
6. 几个概念： 电离损失：带电粒子与靶物质中的原子的原子核外的电子发生非弹性碰撞，导致原子电离或激发，因而损失其能量。 辐射损失：入射带电粒子与物质原子核发生非弹性碰撞时，以辐射光子的形式损失能量。散射：β粒子与靶物质原子核库仑场作用时，只改变运动方向，而不辐射能量，这种过程称为弹性散射。 轫致辐射：带电粒子与物质原子核发生非弹性碰撞时，带电粒子接近原子核时，速度迅速降低，会发出电磁波，产生轫致辐射。 射程：入射粒子在吸收物质中，沿入射点到它终点之间的直线距离。 比电离：单位路程上的离子对数目。 歧离现象： 光电效应：γ光子与靶物质相互作用，γ光子的全部能量转移给原子中的束缚电子，使这些电子从原子中发射出来，γ光子本身消失。 康普顿效应：入射入射γ光子与原子核外的电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转移给电子，使它反冲出来，而光子的运动方向和能量都发生了变化，而称为散射光子。 电子对效应：γ射线从原子核旁边经过时，在原子核的库仑场作用下，γ光子转化为一个正电子和负电子。 角分布： 吸收曲线：粒子强度随吸收片厚度的变化的曲线。
核辐射检测仪常见技术 核辐射检测仪是一种用于检测和测量环境中核辐射水平的仪器。它主要用于核电厂、医院、科研机构等场所，以确保人员和环境的安全。核辐射检测仪常见技术包括闪烁探测器、电离室、半导体探测器和荧光体探测器等。 一、闪烁探测器 闪烁探测器是核辐射检测仪中常用的一种技术。它利用某些物质在受到核辐射激发后产生闪光的特性来测量辐射水平。这种探测器通常由闪烁晶体和光电倍增管组成。当核辐射进入闪烁晶体时，晶体中的原子被激发并产生光子，光子经过光电倍增管放大后被检测。通过测量闪烁光子的数量和能量，可以确定核辐射的类型和强度。 二、电离室 电离室是一种常见的核辐射检测技术。它利用核辐射与气体分子的相互作用产生离子对来测量辐射水平。电离室通常由一个带电电极和一个接地电极组成。核辐射进入电离室后，与气体分子相互作用产生离子对，离子对被电场吸引到电极上，产生电流。通过测量电离室中的电流大小，可以确定核辐射的强度。 三、半导体探测器 半导体探测器是一种利用半导体材料的电导率变化来测量核辐射的技术。半导体探测器通常由P型和N型半导体材料组成。当核辐射
进入半导体材料时，会激发半导体中的电子和空穴，导致电导率的变化。通过测量电导率的变化，可以确定核辐射的强度和能量。 四、荧光体探测器 荧光体探测器是利用某些物质在受到核辐射激发后产生荧光的特性来测量辐射水平的技术。荧光体探测器通常由荧光体和光电倍增管组成。当核辐射进入荧光体时，荧光体中的原子被激发并产生荧光，荧光经过光电倍增管放大后被检测。通过测量荧光的强度和能量，可以确定核辐射的类型和强度。 以上所述的闪烁探测器、电离室、半导体探测器和荧光体探测器是核辐射检测仪中常见的技术。它们各自利用不同的物理原理来测量核辐射的强度和能量。在实际应用中，根据不同的需求和场景，可以选择合适的技术来进行核辐射检测。这些技术的不断发展和改进，使得核辐射检测仪在核安全和环境保护方面发挥了重要作用。通过准确测量和监测核辐射水平，可以及时采取相应的防护措施，保障人员和环境的安全。 核辐射检测仪常见的技术包括闪烁探测器、电离室、半导体探测器和荧光体探测器。它们分别利用闪烁材料的闪光特性、气体分子的电离特性、半导体材料的电导率变化和荧光体的荧光特性来测量核辐射。这些技术的应用使得核辐射检测仪能够快速、准确地监测核辐射水平，保障人员和环境的安全。随着科学技术的不断进步，核辐射检测仪的技术也会不断更新和发展，为核安全和环境保护做出
思考题 第一章： 1、如何用玻粒二象性及相对论关系论述原子核为什么必须由质子－中子组成？ 2、元素、核素、同位素等的定义有何差别？ 3、在有关原子核的结合能的概念中，结合能、比结合能、质量亏损、质量过剩之间有什么关系？ 4、原子核的核力半径与电荷半径其区别在哪里？ 5、α粒子的核子作用势和中子的核子作用势有什么差别？其库仑势垒的高度各为多少？ 6、试画出角动量量子数分别为1，2，3时的轨道角动量及其分量的示意图。 7、质子、中子和电子的自旋都为1/2，且已知N-14核的自旋为0，试证明原子核不可能由电子和质子组成，但可以由质子和中子组成。 8、什么是玻色子和费米子，哪一种须遵循泡利不相容原理？光子、中子、质子、电子及α粒子个属于哪一类？ 第二章： 1、放射性衰变服从指数规律，说明衰变常数?的物理意义。还有哪些参数来描述衰变的快慢，它们的关系是什么？ 2、多代连续放射性建立暂时平衡和永久平衡的条件是什么？在达到平衡时有什么主要的特点？ 3、试分析确定远期年代中地质放射性鉴年法的原理。 4、99Mo-99mTc母牛为什么构成暂时平衡系，分析其中tm的物理意义和实用上的重要性。 第三章： 1、α衰变与β衰变的衰变能的定义是什么？ 2、如何由α粒子能量来确定子核的激发态的能级分布？ 3、如何解释β粒子的连续的能量分布？β衰变的费米理论的核心是什么？试分析在本章3.2例子的β衰变中跃迁的类型。 4、在核激发态的能级跃迁中存在哪两个竞争过程？发生内转换效应的后续过程是什么？内转换系数如何定义？ 5、如何由电磁辐射的多极性得到γ跃迁的选择定则？。 6、什么是无反冲共振吸收？作为穆斯堡尔核素应满足哪些条件，为什么？ 第四章： 1、核反应过程中服从哪些守恒定则？宇称是否守恒？ 2、什么是放能核反应和吸能核反应？在吸能核反应中如何求阈能，采用质心系有什么优点？ 3、什么是Q方程？ 4、试述核反应截面的定义，并指出截面、微分截面、分截面、总截面及激发曲线之间的关系。 5、核反应的复合核模型的基本要点是什么？如何解释核反应的共振现象和(n,
第三章 原子核衰变 原子核衰变的主要方式：衰变、衰变、跃迁。 3.1 衰变――放射性核素自发地发射粒子。 基本特点：一般重核才发生衰变；粒子能量为；半衰期范围很宽。 1.衰变发生的条件 表达式 衰变前，母核为静止的，由能量守恒 式中分别表示母核、子核和粒子的质量；表示粒子动能和子核的反冲动能。 衰变能 ， 可见，衰变能为衰变前母核与衰变后子核和粒子的静止能量之差，也等于粒子和子核带走的动能。 以原子质量代替核质量，并忽略电子结合能： ()()()[]2204242c ,M A ,Z M c A ,Z M E E E r +---=+=α， 也可表示为 只有才能发生衰变，即发生衰变的条件。 所以，由上式即可判断哪些核素可以发生衰变。 2.衰变能与粒子能量的关系 核受反冲，由动量守恒（已假定母核静止） 所以，核反冲能 。 反应能 当分子与分母同时核质量时，用核的质量数之比代替核质量之比带来误差很小。（为什么？） 3. 衰变能与核能级图 粒子能量可用磁谱仪或半导体探测器谱仪精确测定。粒子能量是分立、单值的，由粒子能量求得的衰变能则反映了母核某一能级与某一能级能量之差。以为例，母核处于基态，最大衰变能对应母核基态与子核的基态的能态的跃迁，记作。依次记作 衰变能 子核能级 结合γ谱的解析，可得到的衰变纲图。 4.衰变能与衰变常数的关系 由于核作用势的存在，粒子在核内受到核力吸引（负势能），在核外，粒子将受到库仑力的排斥。这样在核表面就形成一个势垒。按量子力学的势垒贯穿理论，当衰变的衰变能小于势垒高度时，仍有一定的概率透出。 衰变常数单位时间内发生衰变的概率，它应等于单位时间内粒子撞击势垒的次数和穿透势垒概率的乘积。即。而与衰变能0E 和需穿透势垒的厚度有关，可以推测，可由量子力学推出衰变的平均寿命与的关系： 给出了两者之间的定性关系。表明衰变的衰变常数随发射的粒子能量而剧烈变化，粒子能量越高的衰变常数就越大。如图3-4所示。 重核除发生衰变外，还可能通过发射质子和或等重离子，但其概率极低，如发射和发射粒子之比为()105.25.8-⨯±。 补充习题： 试分析核素和能否发生衰变？ 3.2 衰变――自发发射粒子或俘获一个轨道电子而发生衰变。 1.中微子理论 粒子实质上是电子和正电子，差别在于其为连续能量，且具有最大能量。即每次衰变发出的电子或负电子具有不同的能量。面临的难题： (1)粒子的连续性与量子论相违； (2)核中没有电子，电子从何来？
核辐射的单位和测量方法 核辐射是指由放射性核素放射出的粒子或电磁波所产生的辐射。它对人类和环境都具有潜在的危害，因此，准确测量核辐射的单位和方法至关重要。本文将介绍核辐射的单位以及常用的测量方法，以增加对核辐射的了解和防范意识。 一、核辐射的单位 核辐射的单位主要包括剂量当量、剂量率和活度。 1.剂量当量（equivalent dose）是衡量辐射对生物体产生的损伤能力的物理量。它考虑了辐射的不同类型和能量，以及生物体对不同类型辐射的敏感程度。剂量当量的单位是希沃特（Sievert，Sv）或戈瑞（Gray，Gy）。希沃特是国际上常用的单位，1希沃特等于1戈瑞乘以辐射品质因子。 2.剂量率（dose rate）是单位时间内接受的辐射剂量。剂量率的单位是希沃特每小时（Sv/h）或戈瑞每小时（Gy/h）。 3.活度（activity）是描述放射性物质衰变速率的物理量。活度的单位是贝可勒尔（Becquerel，Bq），1贝可勒尔等于1秒内发生的衰变数。在实际应用中，常用千贝可勒尔（kBq）或兆贝可勒尔（MBq）来表示。 二、核辐射的测量方法 核辐射的测量方法主要包括直接测量法和间接测量法。 1.直接测量法是通过测量辐射粒子或电磁波的能量来确定辐射剂量。常用的直接测量方法有电离室法、固态探测器法和闪烁体法。 - 电离室法利用气体电离现象来测量辐射剂量，通过测量辐射粒子在气体中所产生的电离电流来得到剂量当量或剂量率。
- 固态探测器法利用固态材料对辐射的敏感性来测量辐射剂量，常用的固态探测器有硅和锗。 - 闪烁体法利用某些物质在受到辐射后产生的闪烁现象来测量辐射剂量，常用的闪烁体有钠碘闪烁体和塑料闪烁体。 2.间接测量法是通过测量辐射引起的其他物理量来推算辐射剂量。常用的间接测量方法有剂量计法和活度测量法。 - 剂量计法是通过测量辐射引起的物质的物理或化学变化来推算辐射剂量。常用的剂量计有热释光剂量计、光刺激发光剂量计和电子自旋共振剂量计。 - 活度测量法是通过测量放射性物质的衰变速率来推算辐射剂量。常用的活度测量方法有计数器法、液闪法和谱仪法。 三、核辐射的防护措施 在进行核辐射测量的同时，我们也要采取相应的防护措施来减少辐射对人体和环境的危害。 1.个人防护：佩戴适当的防护设备，如防护服、手套和面罩，以减少辐射的直接接触。 2.工作环境控制：在核辐射可能存在的场所进行辐射监测，并采取合理的工程措施，如使用防护屏蔽材料和建立辐射监测系统。 3.教育和培训：加强对从事核辐射相关工作人员的培训和教育，提高他们的防护意识和技能。 4.定期监测：定期对工作场所和周围环境进行核辐射监测，确保辐射水平在安全范围内。 总之，核辐射的单位和测量方法是我们了解和防范核辐射的重要基础。通过准确测量和有效防护，我们能够更好地保护人类和环境免受核辐射的危害。
核辐射探测 第一章 核辐射及其探测原理 1.1核辐射基本特性 辐射和X 辐射都是电磁辐射。 辐射是核跃迁或粒子湮灭过程中发出的电磁辐射。 X 辐射是核外电子从高能级跃迁过程中产生的电磁辐射。 1.2探测带电粒子的物理性质 探测原理：利用带电粒子在物质中对物质原子产生的电离或激发效应或快速轻带电粒子穿过物质时的电磁辐射效应。 带电粒子与物质的作用方式： 带电粒子与核外电子的非弹性碰撞——电离与激发； 带电粒子与原子核的非弹性碰撞——轫致辐射（带电粒子的速度和运动方向改变产生的电磁辐射）或切连科夫辐射(特定条件下物质产生定向极化而随之发出的电磁辐射)； 带电粒子与原子核的弹性碰撞——弹性散射。 带电粒子的能量损失方式：电离损失和辐射损失。E Z dx dE ion 2)(∝- 辐射长度om x 是电子在物质中由于辐射损失而使其能量减少到原来能量的1/e 时的物质度。 电子的电离损失率和辐射损失率之比：800.1600)()()(22Z E c m z c m E dx dE dx dE e e C ion rad =+≈-- 当电子电离损失率与辐射损失率一样时Z c E 800 = 带电粒子与物质作用后不再作为自由粒子而存在的现象叫吸收，其中带电粒子从进入物质到被吸收，沿入射方向所穿过的最大距离叫射程。 对正电子的探测一般是通过探测湮没γ光子间接进行的。 1.3 X 和γ射线的探测 原理：利用他们在物质中的光电效应，康普顿散射，电子对产生等产生的次级电子引起物质的电离和激发探测。 光电效应：光子被原子吸收后发射轨道电子的现象。内层电子（K ）容易些，低
能高Z 康普顿散射：γ光子与轨道电子相互作用使得γ光子只改变方向而不损失能量。 2c m h e ≈ν 外层电子发生概率大。中能中Z 电子对效应：γ光子与原子核发生电磁相互作用，γ光子消失而产生一个电子和 一个正电子（电子对）的现象。 22c m hv e ≥且要原子核参加。高能高Z 1.4中子探测方法 两步：1.中子和核的某种相互作用产生带电粒子或γ光子； 2.利用这些带电粒子或γ光子的次级带电粒子引起的电离或激发进行探测。 方法：1：中子与核反应放出带电粒子 2：中子弹性散射引起核反冲 3：中子引起的核裂变 4：中子被核俘获引起核激活。 中子探测包括：中子通量密度，中子能量，中子截面。 第2章 气体探测器 2.1基本原理 按探测核辐射的物理过程分为：电离型探测器和发光型探测器。 电离碰撞中被激发的原子，有3种可能的退激方式： 1.辐射光子； 2.发射俄歇光子； 3.亚稳原子。 电离产生的电子和正离子从入射粒子得到动能，他们在气体中运动，并和气体分子碰撞，会发生以下物理过程：扩散，电子吸附，复合，漂移。 气体探测器是利用收集核辐射在气体中产生的电离电荷来探测核辐射的。根据外加电压的大小，分为复合区，饱和区，正比区，有限正比区，G-M 计数区，连续放电区。 2.2电离室 电离室就是工作在饱和区的气体探测器。 按工作方式，分为：记录单个核辐射粒子的脉冲电离室，主要用于测量带电粒子辐射量和能量，这类电离室按其输出电路的时间常数大小又可分为：离子脉冲电离室和电子脉冲电离室。另一类是记录大量粒子平均电离效应的电流脉冲室。
核物理实验基础知识 许景周 核能的开发应用，是二十世纪人类取得的最伟大的科学成就之一。核武器的出现和核能的应用大大地改变了世界的面貌。原子核物理学的发展始终和核物理实验技术的发展紧密联系在一起。这种实验技术的一个重要方面是对于微观粒子性质的探测和研究，它包括探测器的原理和使用, 实验方法和数据处理等内容。在核能工程，同位素应用，医疗卫生，环境保护等领域。也经常需要对核辐射粒子，放射性元素进行测量分析，因此，核物理实验技术已日益普及。下面简单介绍有关的基本知识。 一. 射线和物质的互相作用 各种类型的快速微观粒子，例如，α、β、γ射线和中子等都称之为核辐射或射线，射线有三类：带电粒子：α粒子、正负电子（β射线）、±π、±µ介子等。 中性粒子：中子、中微子等。 电磁辐射：ⅹ、γ光子。 这里只讲述带电粒子、电磁辐射和物质的相互作用。中子和物质的相互作用要复杂的多，有弹性散射、非弹性散射、吸收及核反应等，可参阅有关书籍。 1. 带电粒子 带电粒子对它所穿过的物质主要作用是使之电离和激发。放射性同位素辐射的α、β等射线不可能深入到原子核的核力场范围之内，因此它们同物质中原子核和核外电子的作用主要是电磁作用，其效果是使原子的电子受到激发或电离，而带电粒子本身能量逐渐损失。我们把由于电离和激发作用而在单位路程上损失的能量叫做能量损失率，它与粒子电荷、速度及通过物质的原子序数等有关。α粒子的能量 239P的能量为5.1Mev的α粒子, 它在空气中射程只有3.5cm，损失率较大，它在物质中射程很小，对于 u 在固体中的射程只有几十微米。β射线的射程较α粒子大得多，在空气中可达数米，对金属如铝为若干毫米。 2. γ射线与物质的互相作用 γ射线光子与物质的互相作用有三种方式，即光电效应、康普顿散射和电子偶效应。通过这三种作用，γ射线被物质吸收，ⅹ射线与γ射线相同，只是光子能量较低，来源不同，故以下所讨论的γ射线的性质同样适用于ⅹ射线。 γ射线和ⅹ射线同物质发生上述三种效应，将其能量转化为次级电子（光电子、康普顿电子、电子偶）的能量，这些次级电子在物质中运动，其效果同带电粒子的作用一样，产生激发和电离作用，从而导致物质的受激发光和电离，而射线本身则由于上述效应而被物质吸收，强度随吸收层的厚度逐渐减弱。 I为原来的强度，则有关系式： 令I为穿过厚度为x cm的物质层后，窄束准直的γ射线束的强度， X = Iμ- e I 这里µ称为γ射线的吸收系数，由上式可知γ射线通过物质时呈指数减弱。它不象带电粒子那样有固定的射程，吸收系数μ是三种效应共同作用的结果，它与γ射线所穿过物质的原子序数Z、密度ρ有关，和γ射线能量有关，一般地说，Z越大，则越µ大，故最好用Pb作为γ射线屏蔽物。 二. 探测器的原理和性能 微观粒子不是人们的感官所能感知的，必须借助于特殊的探测器。随着物理学的发展，探测器已经发展为各种各样的复杂装置，最初的探测器不过是照相底片，如今可以根据不同的探测对象选用不同的探测器，和现代电子仪器相结合，实现了对各种粒子的探测。 一般说来，探测各种射线，主要的都是利用它们穿过物质的电离和激发作用，或者探测由电离产生的信号，或者探测电子退激时发射的光信号，对于带电粒子，是直接产生的电离和激发，对于γ射线和中子，则是由次级粒子产生的电离和激发。