放射性基础及检测方法-2010

null放射性基础知识 及检测方法放射性基础知识 及检测方法厦门市建筑工程检测中心有限公司主要内容主要内容原子结构与放射性 放射性物理基础 核辐射度量及单位 放射性检测第一部分 原子结构与放射性第一部分 原子结构与放射性 物质世界是由什麽组成的？ 是什麽把它们组合在一起？null 1）“原子”概念的提出 朴素的认识论： 世界万物由 水 空气 土 火等构成古希腊时代: 思辩性古代原子论 万物由原子构成,原子是物质世界的共同基础， 不能再分割。2） 1803道耳顿—化学原子论原子是保持元素化学性质的基本粒子-科学概念伦琴发现X射线伦琴发现X射线1895年，德国物理学家伦琴在探索阴极射线本性的研究中，意外发现了X射线 —— 它不仅揭开了物理学革命的序幕，也给医疗保健事业带来了新的希望。 伦琴因此成为1901年第一个诺贝尔物理学奖得主null世界上第一张X光照片null贝克勒尔发现放射性1896年，法国物理学家贝克勒尔发现只要有铀元素存在，就有贯穿辐射产生——证明发射这种射线是铀原子自身的作用。 放射性的发现，引起人们对原子核内部的研究的深入。“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的 口号 管理印章的关于负责的工作口号抗洪救灾口号体育运动口号宣誓口号公司企业文化口号 。 贝克勒尔与居里夫妇因发现放射性荣获1903年诺贝尔物理学奖。 null贝克勒尔与 居里夫妇null1898年，物理学家居里夫人在寻找比铀的放射性更强的物质的过程中，先发现了一种新的放射性元素，为纪念她的祖国波兰，她将其名命为“钋”。 居里夫妇又花了4年时间，发现了镭，并在极端艰苦的条件下，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，其发出的射线比铀强200多万倍。 居里夫人因此获1911年诺贝尔化学奖。更强的放射性——钋、镭null居里夫妇null卢瑟福1898年发现铀和铀的化合物所发出的射线有两种不同类型： 一种是极易吸收的，他称之为α射线； 另一种有较强的穿透能力，他称之为β射线。 后来法国化学家维拉尔又发现具有更强穿透本领的第三种射线γ射线。 由于组成α射线的α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、研究原子内部结构的有力工具。卢瑟福发现射线null电子是在研究阴极射线的本质过程中得到的，阴极射线究竟是什么？物理学家汤姆逊设计了一个巧妙的实验装置，证实了阴极射线是由带负电荷的粒子组成的，并推算出其质量和电荷比值。得出来源于各种不同物质的阴极射线粒子都是一样的。 他还指出电子是比原子小得多的粒子，其质量只是氢离子的千分之一 。汤姆逊认定这种粒子必定是“建造一切化学元素的物质”，也就是一切化学原子所共有的组成部分。汤姆逊发现电子null1903年，汤姆逊提出了新的原子构造模型：原子是一个半径大约为10-10米的球体，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的原子模型。 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，环中心是一个具有大质量的带正电的球，被他称为“土星型模型”结构。汤姆逊的原子结构模型null卢瑟福的原子结构模型1911年，卢瑟福借助于α粒子散射研究，提出原子正电荷必定集中在半径10-15米的范围内，而原子半径却有10－10米，因此原子里面绝大部分是空虚的，从而证明长冈半太郎的“土星型模型”比汤姆逊的“葡萄干面包模型”更接近于物理真实。null原子结构模型演化示意图null1932年，物理学家查德威克发现了其质量同质子相当的中性粒子，这正是1920年卢瑟福猜想原子核内可能存在的一种中性的粒子，即中子。他因此获1935年诺贝尔物理学奖。查德威克发现中子null中子的发现为核物理学开辟了一个新的纪元，它不仅使人们对原子核的组成有了一个正确的认识，而且为人工控制原子核提供了有效手段。它可以说是打开原子核奥秘的"钥匙"，在开发原子能的伟大事业中大显身手。探索原子核奥妙的钥匙——中子 由于中子不带电荷，不受静电作用的影响，可以比较自由地接近以至进入原子核，容易引起核的变化，因此，它立即被用来作为轰击原子核的理想"炮弹"。null现代原子结构null现代原子结构null1933年，狄拉克关于正电子存在的预言被证实，安德森因此获1936年诺贝尔物理学奖。 1955年塞格雷和钱伯林利用高能加速器发现了反质子，他们因此获1959年物理奖。 1959年王淦昌等人发现了反西格玛负超子。 莱因斯等利用大型反应堆，在1956年直接探测到铀裂变过程中所产生的反中微子。他因此获1995年物理学奖。到1968年，人们才探测到了来自太阳的中微子。 1947年鲍威尔利用自己发明的照相乳胶技术在宇宙线中找到了1934年汤川秀树提出的介子场理论中预言的介子。汤川秀树获1949年物理奖，鲍威尔获1950年物理奖。基本粒子null公元前4世纪 德寞克利特 1803 道尔顿 1911 卢瑟福1932海森堡？ 人类认识物质“基本砖块”历程电子2000 多年9 0 多 年200 1990年代 “基本砖块” 轻子 12 夸克 36 媒介子 13 希格斯粒子 1 合计 62 其中 2个粒子尚未发现：引力子和希格斯粒子。1964夸克第二部分 放射性物理基础第二部分 放射性物理基础null核素 ：具有确定质子数和中子数的原子核称做核素 核素是原子核的一种统称核素及符号 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示 原子核结合能 原子核结合能 定义:质子和中子结合构成原子核时所释放的能量 原子核的结合能越大（质量亏损越大）原子核越稳定 表: 比结合能 (原子核结合能/核子数)null 天平为何倾斜?重轻原子核结合能和原子核稳定性null 质量亏损 氦原子核（ 4He）由2个质子 + 2个中子构成 2个质子质量 + 2 个中子质量 =﹖原子核 4He 的质量 2 x 1.007276 + 2 x 1.008665 - 4.002603 ΔM (4He) = 4.031882 - 4.002603 = 0.029279 u ΔE(4He)= Δ M (4He) C2 = 27.27 MeV 亏损的质量转化为能量 氦原子核的结合能是 27.27 MeV 亏损的质量哪里去了?质能关系 E = M C 2null252Cf α自发裂变中子引起 235U 裂变 H 原子核聚合 H 的燃烧太阳能 释放能量举例null从母核中射出 的4He原子核 粒子得到大部分衰变能238U4He + 234Th放射性母核!!基本衰变——衰变放射性衰变及衰变规律null 衰变——241Am 237Npnull发生原因：母核中子或质子过多质子转变成中子，并且 带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且 带走一个单位的负电荷基本衰变——衰变null基本衰变——衰变（动画）null 衰变——3H 3Henull正衰变——11C 11Bnull电子俘获null 电子俘获——7Be 7Linull基本衰变——衰变null基本衰变——衰变衰变特点： 1、从原子核中发射出光子 2、常常在  或  衰变后核子从激发态退 激时发生 3、产生的射线能量不连续 4、可以通过测量光子能量来鉴定核素种类 类别null 衰变——3He 3Henullα 衰变β- 衰变β+ 衰变  衰变null半衰期 (T1/2) 定义：一定量的某种放射性原子核衰变至原来 的一半所需要的时间。经过n个半衰期后，未发生衰变的放射性原子核数目是原有的 1/2n放射性衰变规律null半衰期null放射性同位素的半衰期Ra-226变为Rn-222的半衰期约为1600年半衰期Rn-222的半衰期为3.82d核辐射的基本性质核辐射的基本性质核辐射与物质的相互作用null 核辐射与物质的基本作用 。。。。。。 。。。。。。 。。。。。。 。。。原子。。。αβ γ n 物 质：气体 液体 固体 包括人体 等微观粒子间碰撞有动量和能量的传递 库仑作用 1 电离作用 2 电离效应null1 带电粒子与物质的作用自由电子正离子 α + 靶原子 → 正离子 + 电子 + α 4He + Ar → Ar+ + e- + 4He物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对：正离子和自由电子 + e-+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -库仑作用nullγ射线是波长很短能量高的电磁辐射 （ ﹤ 10-11 米，keV，MeV），来自原子核γ衰变, 不带电， 静止质量 0 。2、中性粒子（ γ射线）的电离作用 能够同物质原子发生作用，但不能直接使原子 电离；有动量和能量交换,能够产生载能次级 带电粒子，可以对物质发生电离作用。能量 E = hν） 动量 p = hν / cnull 电磁辐射谱 小 能量高E=h  ,  =c /  大 能量低null2 γ射线对物质的电离作用 两步过程三种作用效应 光电效应 康普顿效应 电子对效应 产生次级电子电离效应 次级电子使 物质原子电离γ射线第 1 步 初级作用第 2 步 次级作用null光电效应 自由电子 作用机制 光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子，光子本身消失了。 γ + A  A* + e- （光电子） 原子  A + X 射线原子受激原子null 电子对效应 能量≥1.02 MeV 的γ射线 与原子核作用可能产生一对正-负电子。 M ＋ γ → M + e+ + e- → γ1 + γ2 1.02 MeV me me 0.511MeV 0.511MeV 基本条件： γ射线能量 Eγ 1.02 MeV 为什麽？能量转化成质量 M = E /C2null αβγ对物质电离作用的比较 2 MeV 射程(m) 离子对密度/mm α 0.01 6000 β 2-3 60 γ 10 几个1 MeV 的粒子穿透物质能力1 MeV 的粒子穿透物质能力 α 1 页 β 60页/本 铅地 下 1-2 米深铅室γn4580本中子源nullαβγ射线穿透物质能力αβγ 射线穿透 人体皮肤情况 null4种天然放射性核素的主要辐射特征辐射特征第三部分 核辐射度量及单位第三部分 核辐射度量及单位1. 放射性活度（activity, A)1. 放射性活度（activity, A)定义：放射性核素在单位时间(dt)内 发生核衰变的数目(dN) A=dN/dt单位： SI: Becquerel(Bq) 1Bq=1s-1 居里 1Ci=3.7×1010Bq 2. 吸收剂量（absorbed dose, D)2. 吸收剂量（absorbed dose, D)定义： 授予单位物质(dm)（或被单位物质吸收） 的任何致电离辐射的平均能量（dE)。单位： J/kg 1 J/kg =1Gy（戈瑞） 1 Gy = 100 rad（拉德）null吸收剂量1 戈瑞（1焦耳/千克）时的能量效应 1）水温升高 （比热 4.2×103J/千克度） 1 kg水物质吸收剂量 1 Gy 水温度上升 1/（4.2×103）= 2.4×10-4 C°2）转化为物体的动能 m D= (1/2)m v2 运动速度 v = 1.4 m/s3) 转化为物体的势能 m D = m g h 上升高度 h = 0.1 m剂量——实际上是单位物质吸收电离辐射能 大小的一种量度3. 当量剂量（equivalent dose, HT)3. 当量剂量（equivalent dose, HT)定义： 组织或器官的当量剂量是此组织或器官的平均吸收剂量与辐射权重因子的乘积。单位：焦耳/千克 专用名称：Sievert, Sv（希沃特） 1 Sv = 1 J/kg辐射权重因子 (Radiation weighting factor, WR) 辐射权重因子 (Radiation weighting factor, WR) 4.有效剂量（effective dose, E)4.有效剂量（effective dose, E)定义： 各组织或器官的当量剂量（HT）与相应的组织权重因子（WT）的乘积的总和。意义：定量评价随机效应的危险度单位：Sv （希沃特）组织权重因子（tissue weighting factor，WT） 组织权重因子（tissue weighting factor，WT） 5、比活度5、比活度定义： 核素放射性活度除以该物质的质量 C=A/m C ——放射性比活度，Bq/kg A ——核素放射性活度，Bq m—— 样品质量6、照射指数6、照射指数内照射指数： IRa=CRa/200 外照射指数： Iγ=CRa/370+CTh/260+CK/4200 CRa 、CTh、 CK：天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度。 200：内照射情况下核素CRa-226的放射性比活度限量。 370、260、4200：外照射情况下三核素的比活度限量。第四部分 放射性检测 第四部分 放射性检测 一、无机建材放射性核素检测一、无机建材放射性核素检测1.仪器 　γ谱仪： 闪烁γ谱仪 半导体γ谱仪 闪烁γ谱仪装置成本低、探测效率高、保管较为方便、不用液氮养护。但能量分辨率较差，因而难于胜任 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 核素较多、谱线较复杂的样品。而半导体γ谱仪比γ闪烁谱仪的分辨率要高、线性好，特别是HpGeγ谱仪克服了需要在低温下保存的缺点，因此是迄今为止被认为是最佳γ谱仪。 原理原理闪烁γ谱仪：放射性粒子对闪烁室壁上的 ZnS（Ag）激发闪光，在光电倍增管阳极负载上形成电压脉冲，用定标器记录下这些脉冲数，进而可推算出样品中的镭含量。 半导体γ谱仪：在电场作用下，被电离的电子和空穴分别向两极漂移，形成电流，在输出电路路中形成信号。通过测量信号脉冲幅度，就可以测量带电粒子的能量。 铅室铅室作用：屏蔽工作室内的环境γ射线，提高低水平放射性样品的精度。 铅室厚度10cm（或cm厚铅当量金属），室内表面应有原子序数递减的多层内屏蔽（锡或镉、铜、有机玻璃）组成。      数据处理系统数据处理系统2、取样和制样2、取样和制样取样：3kg 制样：破碎、磨细，过0.16mm筛，装样品盒，称重。 要点：1）样品盒与 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 样品几何形态一致； 2）与标准样品测量条件相同：如参数设置、摆放位置等。 3、分析测试4、判定4、判定（1）建筑主体材料：用于建造建筑物主体工程 包括：水泥、砖、砌块、墙体保温材料、新型墙材等 ； 空心率＞25%，指标要求不同4、判定4、判定（2）装修材料：建筑物内、外饰面用 A类装修材料： IRa≤1.0和 Iγ≤1.0，产销与使用范围不受限制； B类装修材料： IRa≤1.3和 Iγ≤1.9，不可用于Ⅰ类民用建筑的内饰面，但可用于Ⅰ类民用建筑的外饰面及其他一切建筑物的内、外饰面； C类装修材料： Iγ≤2.8，只可用于建筑物的外饰面及室外其他用途； Iγ＞2.8的花岗石只可用于碑石、海堤、桥墩等人类很少涉及到的地方二、氡的检测二、氡的检测1、氡的来源null2、氡的检测方法2、氡的检测方法静电计法闪烁室法活性炭法3、氡的检测仪器3、氡的检测仪器nullnull土壤氡浓度测定土壤氡浓度测定土壤氡浓度 布点：10m间距 点数不少于16，布点位置 应覆盖基础工程范围。 钻孔：孔直径（20~40）mm 深度（500~800）mm 现场检测记录：布点图、成孔点土壤类别、现场地表状况描述、测试前24h以内工程地点的气象状况等 应有检测 实施细则 工程地质勘察监理实施细则公司办公室6S管理实施细则国家GSP实施细则房屋建筑工程监理实施细则大体积混凝土实施细则 土壤表面氡析出率测定土壤表面氡析出率测定土壤表面氡析出率： 布点：按20m×20m网格点布点，网格点交叉处进行土壤表面氡析出率测量。 注意要点：采集的密闭性、被测介质表面平整、足够的聚集时间、测量在无风或微风条件下进行谢 谢谢 谢