1辐射测量与防护简介1课件.ppt

1、辐射测量与防护辐射测量与防护上海交通大学王德忠 教授2023-1-102/402023-1-10课程简介课程简介中文名称：辐射测量与防护英文名称：Radiation Detection and Protection课程性质：32学时，2学分3/402023-1-10主要学习内容主要学习内容辐射科学的基本知识射线与物质相互作用的机理辐射探测原理及方法辐射探测器的工作原理、特性辐射防护的基本原则、标准及方法核电厂及环境辐射监测放射性废物管理及检测技术 4/402023-1-10辐射科学的发展历史第一章5/402023-1-10什么是辐射什么是辐射辐射指能量以波或是次原子粒子的型态传送。依射线能量的

2、高低及物质的性质分类为电离辐射和非电离辐射。电离辐射非电离辐射6/402023-1-10电离辐射与非电离辐射电离辐射与非电离辐射电离辐射：一切能引起物质电离的辐射总称。其种类很多，高速带电粒子有粒子、粒子、质子，不带电粒子有中子以及X射线、射线。非电离辐射：能量比较低，并不能使物质原子或分子产生电离的辐射。例如紫外线、红外线、激光、微波都属于非电离辐射。7/402023-1-10X射线射线1895年伦琴发现年伦琴发现威廉康拉德伦琴（德语：Wilhelm Conrad Rntgen）一名德国物理学家。1895年11月8日，进行阴极射线的实验时，观察到放在射线管附近涂有氰亚铂酸钡的屏上发出的微光，

3、这是一种尚未为人所知的新射线。1901年，伦琴获得首届诺贝尔物理学奖。伦琴拍摄的一张X射线照片伦琴夫人的手骨与戒指8/402023-1-10放射性放射性1896年贝克勒尔发现年贝克勒尔发现亨利贝克勒尔（Henri Becquerel），法国物理学家。因发现天然放射性现象，获得1903年诺贝尔物理学奖。铀和钾的双硫酸盐曝露于阳光，然后用黑纸把曝光过的材料和感光底片包在一起。底片显示出铀晶体的影像。他以为铀会吸收太阳的能量，然后发出射线。1896年2月，巴黎上空多云，原本打算把包好的铀和感光底片晒太阳，只好送回抽屉。3月1日冲洗底片，看到非常清晰的影像。铀不需要外来的能源如阳光也能发射辐射，因此他

4、发现了放射性，从材料中自发的发出辐射。贝克勒发现放射性的底片9/402023-1-10电子电子J.J.汤姆生发现汤姆生发现约瑟夫约翰汤姆生爵士，（Sir Joseph John Thomson，1856年12月18日-1940年8月30日），英国物理学家，电子的发现者。电子曾经作为电化学中电荷的单位被提出过，但是1897年汤姆生认识到电子也是亚原子粒子，是第一次发现，并在科学圈内引起了轰动，并于1906年被授予诺贝尔物理学奖。极富戏剧性的是，他的儿子乔治佩吉特汤姆生（G.P.Thomson）后来因证实电子是一种波而于1937年被授予诺贝尔物理学奖。10/402023-1-10卢瑟福提出原子核模

5、型卢瑟福提出原子核模型欧内斯特卢瑟福，（Ernest Rutherford,1871年8月30日1937年10月19日），新西兰著名物理学家，是汤姆生的学生因证明放射性是原子的自然衰变，获得了1908年的诺贝尔化学奖1909年卢瑟福要盖革和马斯顿去观测当粒子轰击金箔时的运动情况。在实验中发现大部分的粒子能穿过金箔，但当荧光屏移动到和粒子源同一侧再进行观测时，却发现：有极个别的粒子发生被金箔反射回来的现象。观察表明，大约每发射数千个粒子就有一个可能被弹回来。11/402023-1-10卢瑟福提出原子核模型卢瑟福提出原子核模型1911年卢瑟福提出了一个类似于太阳系行星系统的原子模型，认为原子空间大

6、都是空的，电子像行星围绕原子核旋转，推翻了当时所使用的葡萄干面包原子模型。卢瑟福被称为近代原子核物理学之父。视频上：葡萄干面包模型下：卢瑟福模型12/402023-1-10原子核模型原子核模型道尔顿原子模型（1803年）：原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。汤姆生原子模型（1904年）：原子是一个分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。卢瑟福提出原子模型像一个太阳系，带正电的原子核像太阳，带负电的电子像绕着太阳转的行星。玻尔模型电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高。电子云是用来描述原子或分子中电子在原子核外围各区域出

7、现的概率的。13/402023-1-10质子的发现质子的发现卢瑟福被认为是最早发现的质子的科学家之一。1918年用粒子轰击氮原子核，注意到在使用粒子轰击氮气时，闪光探测器纪录到氢核的迹象。卢瑟福认识到这些氢核唯一可能的来源是氮原子，因此氮原子必须含有氢核。他因此建议原子序数为1的氢原子核是一个基本粒子。卢瑟福发现质子以后，又预言了不带电的中子存在。14/402023-1-10居里夫人家族居里夫人家族居里夫人M.Curie，法国物理学家（1867-1934），波兰人，1903年她和丈夫皮埃尔居里及亨利贝克勒共同获得了诺贝尔物理学奖，1911年又因放射化学方面的成就获得诺贝尔化学奖。发现钋(Po)

8、和镭(Ra)居里夫人的女儿(I.Joliot-Curie,1897-1956)和女婿(F.Joliot-Curie,1900-1958)因发现人工放射性获1935年诺贝尔化学奖。15/402023-1-10小居里夫妇与诺贝尔奖小居里夫妇与诺贝尔奖3次擦肩而过次擦肩而过与中子擦肩而过1930年，德国物理学家玻特发现用粒子轰击原子序数为4的元素铍时，出现了一种穿透力很强的射线，当时称之为铍辐射。1931年底，约里奥居里夫妇在铍和辐射检测装置间放了一块石蜡，发现辐射更加强烈，经过鉴别，从石蜡里飞出的竟然是质子，这简直是不可思议。伟大的发现就在眼前，但他们没能穷根究底。此时，查德威克正在寻找卢瑟福在1

9、920年提出的中子。对于约里奥居里夫妇观察到的现象，他意识到将会有一种新粒子出现。经过反复实验和研究，证实铍辐射是一种中性粒子流，粒子的质量近似于质子质量，正是卢瑟福预言的中子。查德威克在一个月内发表了论文，摘走了1935年诺贝尔物理学奖。查德威克之所以能抓住机遇迅速地取得成果，正如他自己在回忆中所说：“这不是偶然的”，而是他早就对中子有精神上的准备。16/402023-1-10小居里夫妇与诺贝尔奖小居里夫妇与诺贝尔奖3次擦肩而过次擦肩而过视而不见正电子1928年，英国物理学家狄拉克预言存在一种电子的反物质，即反电子。1932年，美国物理学家安德森在研究宇宙射线对铅板的冲击时，利用置于磁场中云

10、室所拍的照片，发现了一种奇特的粒子径迹，它与电子的径迹相似，但偏转方向却相反。安德森经过计算肯定它不是质子，他认为这种粒子是一种带正电荷的电子即狄拉克预言的反电子。安德森因为这项发现与美籍奥地利物理学家赫斯于1936年获诺贝尔物理学奖。当安德森发现正电子的消息传来，使约里奥居里夫妇吃惊不小，因为他们早在安德森之前也拍过类似的照片，并且在云室中清楚地观察到正电子的径迹。但遗憾的是他们没有认真研究这一奇特的现象，错把从源发出的正电子误判为是流回源的电子，直到安德森提出了正电子的实验报告以后，他们才明白自己又一次与一项重大发现失之交臂。17/402023-1-10走进了核裂变的大门却又转身离去作为核

11、裂变发现人哈恩之所以能有这一伟大发现，并荣获1944年诺贝尔化学奖，完全得力于约里奥居里夫妇的实验发现。在用慢中子轰击铀的产物时，约里奥居里夫妇发现其中一种放射性元素的半衰期为3.5小时，并证明该元素性质近似镧(57La)，但他们对此没有深追下去，仅仅是简单地认为“它也许是一种超铀元素”。但实际上，他们已经发现了核裂变，其裂变后半衰期为3.5小时的那种元素正是钇(39Y)。早在1935年诺贝尔奖的演讲中约里奥居里就预言：“我们有理由相信科学家可以随心所欲地聚合或分裂元素，从而使爆炸形式的嬗变成事实如果这种嬗变一旦能成功在物质中蔓延开来，我们可以看到巨大的、可利用的能量将会被释放出来。”约里奥居

12、里夫妇不但预言了核裂变的可能性，而且还勾勒出链式反应和利用原子能的图景。遗憾的是，两三年后仍痛失发现核裂变的良机。小居里夫妇与诺贝尔奖小居里夫妇与诺贝尔奖3次擦肩而过次擦肩而过18/402023-1-10小居里夫妇获得诺贝尔奖小居里夫妇获得诺贝尔奖“人工放射性”的发现荣获1935年诺贝尔化学奖1934年，他们用钋产生的粒子轰击铝，产生出中子和正电子，生成放射性磷，首次获得人工放射性物质。他们用同样方法又制成许多其他放射性物质，并发现放射性同位素在医学和生物学上有广泛用途，因此获得了1935年诺贝尔化学奖19/402023-1-10查德威克查德威克1932年发现中子年发现中子詹姆斯查德威克爵士，

13、CH，FRS（Sir James Chadwick，1891.10.201974.7.24），英国物理学家，因发现中子而获得1935年诺贝尔物理学奖。1930年进行铍辐射的研究，用粒子轰击Be。1932年在自然发表中子可能存在，证实中子的存在，1935年获得诺贝尔物理学奖。卢瑟福的学生，卡文迪许实验室工作20/402023-1-10经典物理学天空上两朵乌云经典物理学天空上两朵乌云19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上，英国著名物理学家W汤姆生发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。在展望20世纪物理学前景时，汤姆生说：动力理论肯定

14、了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，第一朵乌云出现在光的波动理论上，第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。21/402023-1-10经典物理学天空上两朵乌云经典物理学天空上两朵乌云第一朵乌云，主要是指迈克尔逊实验结果和以太漂移说相矛盾光波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什么？物理学家给光找了个传播介质-“以太”.按照当时的猜想，以太无所不在，没有质量，完全静止，人们观察到的光速应该是“以太系”的光速与观察者在“以太系”中速度的矢量和。1881年-1884年，阿尔伯特迈克耳孙和爱德华莫雷为测量地球和以太的相对速度，进行了著名的迈克耳孙-

15、莫雷实验。实验结果显示，不同方向上的光速没有差异，与经典理论矛盾。22/402023-1-10经典物理学天空上两朵乌云经典物理学天空上两朵乌云第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上-黑体辐射与“红外、紫外灾难”19世纪末，卢梅尔等人的著名实验-黑体辐射实验，发现黑体辐射的能量不是连续的，它按波长的分布仅与黑体的温度有关。1896年，维恩从热力学和实验数据得到黑体辐射随波长变化关系的半经验公式，在短波段与实验符合很好，在长波段有明显差异。这就是“红外辐射”1905年，物理学家瑞利和金斯根据经典电动力学和统计物理学得到的黑体辐射公式，在长波段和实验事实比较符合，在短波区（紫外光区）

16、随着波长的变短，辐射强度可以无止境地增加，这和实验数据相差十万八千里。这称为“紫外灾难”。它的失败无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败，所以这也是整个经典物理学的“灾难”。23/402023-1-10物理学的革命物理学的革命物理学革命发韧于相对论和量子论的诞生。直接向牛顿力学理论体系挑战的是爱因斯坦于1905年创立的狭义相对论。狭义相对论否定了作为牛顿力学理论基础的绝对空间和绝对时间概念，否定了作为一切电磁现象和光学现象载体的“以太”的存在，驱散了由“以太漂移”实验所带来的困恼。普朗克于1900年为解决黑体辐射实验结果同古典理论的矛盾，提出了量子假说，认为在辐射的发射或吸收过程中

17、，能量不是无限可分的，而是有一个最小的单元即量子。24/402023-1-10质能转换1905年，爱因斯坦提出一个令人难以置信的理论：物质的质量和能量可以互相转化，任何具有质量的物体，都贮存着看不见的内能，而且这个由质量贮存起来的能量大到令人难以想象的程度。如果用数学形式表达质量与能量的关系的话，某个物体贮存的能量等于该物体的质量乘以光速的平方。E=mc225/402023-1-10核能开发及利用的历史核能开发及利用的历史恩里科费米（Enrico Fermi，1901年9月29日1954年11月28日），美籍意大利裔物理学家，1938年诺贝尔物理学奖获得者。他对理论物理学和实验物理学方面均有重

18、大贡献，首创了衰变的定量理论，负责设计建造了世界首座自持续链式裂变核反应堆，发展了量子理论。26/402023-1-10第一座反应堆第一座反应堆1942年费米成功地在芝加哥大学的运动场斯塔格广场上建立起第一座原子堆。用纯石墨作为减速剂，减慢中子速度，以丰富的铀作为可裂变物质，开始建立反应堆。1942年12月2日下午2点20分，费米的反应堆进入临界状态，支持一种自持链式反应28分钟，原子时代开始了。27/402023-1-10原子弹原子弹1945年7月15日，首枚原子弹在美国阿拉莫戈多沙漠上爆炸1945年8月6日和9日 美国将两颗原子弹先后投在了日本的广岛和长崎。在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑

19、菇状云团，爆炸产生的气流、烟尘直冲云天，高达12英里多。广岛市区80%的建筑化为灰烬，64000人丧生，72000人受伤，伤亡总人数占全市总人口的53%。长崎市60%的建筑物被摧毁，伤亡86000人，占全市总人口的37%。视频28/402023-1-10原子弹的危害原子弹的危害核辐射光辐射 冲击波 放射性尘埃视频 受辐射后的日本人爆炸后的城市爆炸后的土地29/402023-1-10第一座核电厂第一座核电厂1954年，前苏联在莫斯科附近的奥布宁斯克建成了世界上第一座核电厂，输出功率为5000千瓦其建造的时间创下最短记录-项目从策划到实际建造竣工，总共只用了仅仅3年时间。30/402023-1-1

20、0核电厂的分布核电厂的分布31/402023-1-10我国核电厂分布我国核电厂分布32/402023-1-10核能利用与环境核能利用与环境 核电是清洁的能源，有利于保护环境有机燃料排出大量的二氧化硫、二氧化碳、氧化亚氮等气体，还导致酸雨和大气层的“温室效应”，破坏生态平衡。核电厂严格按照国际上公认的安全规范和卫生规范设计，对放射性三废，按照尽力回收储存，不往环境排放的原则，进行严格的回收处理。秦山一期核电厂大亚湾核电厂33/402023-1-10核能利用与环境核能利用与环境 核能应用领域的辐射照射来源于核能产生装置（如核电厂）在运行过程中产生的各种放射性核素。在正常运行情况下，核电厂对周围公众

21、产生的辐射剂量远远低于天然本底的辐射水平。在我国，国家核安全法规要求核电厂在正常运行工况下对周围居民产生的年辐射剂量不得超过0.25mSv，而核电厂实际产生的辐射剂量远远低于这个限值。截至2002年底，全世界核电机组累计运行了10697个堆年，总共发生过两起重大事故，即三哩岛核电厂事故和切尔诺贝利核电厂事故。2011年，日本福岛事故是第三起重大事故。34/402023-1-10核能利用与环境核能利用与环境 1979年3月28日，美国三哩岛核电厂发生了严重事故泄漏到周围环境中的放射性核素微乎其微，没有对环境和公众的健康产生危害，仅有3名电站工作人员受到略高于季度剂量管理限值的辐射照射。方圆80公

22、里的200万居民中，平均每人受到的辐射剂量小于戴一年夜光表或看一年彩电所受到的辐射剂量。35/402023-1-10核能利用与环境核能利用与环境 1986年4月26日，前苏联发生了切尔诺贝利核电厂事故。这是核能和平利用有史以来最为严重的一次核事故。在核电厂工作人员和事故抢险人员中，有28人由于受到非常高的辐射剂量而死亡。为了防止公众受到大的辐射照射，紧急撤离了电站附近的11.6万居民。1996年4月，71个国家和20个组织的800多名专家举行会议，评价了10年前在前苏联发生的切尔诺贝利核电厂事故的实际后果。评价结果表明：在核电厂的工作人员和帮助处理事故后果的人员（“清理人员”）中只有28人死于

23、辐射照射。从污染区疏散的10多万居民和仍然生活在受影响较轻地区的人，他们一生中所受到的剂量，与他们一生中从天然辐射源接受的剂量差不多或较低。36/402023-1-10核能利用与环境核能利用与环境 福岛核电厂（Fukushima Nuclear r Plant）位于北纬37度25分14秒，东经141度2分，地处日本福岛工业区。它是目前世界最大的核电厂，由福岛一站、福岛二站组成，共10台机组（一站6台，二站4台），均为沸水堆。日本经济产业省原子能安全和保安院2011年3月12日宣布，日本受9级特大地震影响，福岛第一核电厂的放射性物质发生泄露。2011年4月12日，日本原子能安全保安院根据国际核事

24、件分级表将福岛核事故定为最高级7级。37/402023-1-10核能利用与环境核能利用与环境 1957年9月29日：前苏联秘密核工厂“车里雅宾斯克65号”核废料的仓库爆炸,迫使前苏联当局紧急撤走当地11000名居民。1957年10月7日：英国温德斯凯尔一个核反应堆发生火灾,放射导致39人患癌症死亡。1961年1月3日：美国爱荷华州一座实验室里的核反应堆发生爆炸,当场炸死3名工人。1967年夏：前苏联车里雅宾斯克65号储存核废料的卡拉察湖干枯,结果导致放射性微粒子扩散。1971年11月9日：美国北方州电力公司核反应堆的废水储存设施发生超库存事件,导致5000加仑放射性废水流入密西西比河。1979

25、年3月28日：美国三里岛核电厂核泄漏,导致大量放射性物质溢出,但没有人员伤亡报告。1979年8月7日：美国田纳西州浓缩铀外泄,结果导致1000人受伤。1986年1月6日：美国俄克拉荷马一座核电厂因错误加热发生爆炸,结果造成1名工人死亡,100人住院。1986年4月26日：前苏联的切尔诺贝利核电厂4号机组发生爆炸,31人当场死亡,8吨多强辐射物质倾泻而出,污染遍及居住着694.5万人的15万平方公里地区,320多万人直接遭受核辐射侵害。1992年11月：法国发生了最严重的核事故,3名工作人员未穿防护服进入粒子加速器受到辐射损伤。1997年3月：日本茨城县东海村一家核废料处理厂起火并爆炸,37名工

26、人受到核辐射。1998年到2002年：印度在四年间核电厂共发生了6次核泄漏事故。1999年7月：福井县敦贺核电厂发生核泄漏事故,50多吨含有辐射物的冷却水泄露。1999年9月30日：东海JCO事业所发生重大核泄漏事故,造成2人死亡,周边地区439人受到直接辐射。1999年10月：京都一个核电厂发生故障,四个反应堆中有3个自动关闭,事故导致京都40万个家庭电力中断。2001年11月,滨冈核电厂三天内发生两起核泄露。2003年12月29日：韩国荣光核电厂5号机组发生核泄漏事故,导致22名电厂工人受到辐射。2004年8月9日,关西电力美滨核能发电站发生了日本核能史上伤亡最惨重的核事故,4人死亡,10

27、余人受伤。2005年5月：英国最大核电厂塞拉菲尔德核电厂再次发生严重核泄漏事故,其热氧再处理加工厂因管道破裂,高辐射性核废料泄漏9个月之久,达8万多升,酿成英国近13年来最严重的核事故。2005年12月15日：俄罗斯圣彼得堡市郊列宁格勒核电厂附近发生爆炸,有3人受伤,但未造成核泄漏事故。2011年3月11日，日本福岛9级地震引起福岛核电厂6个机组废弃，事故定级为最高级7级。38/402023-1-10核技术应用与辐射核技术应用与辐射核医学应用，主要包括放射性药物和放射性治疗与诊断装置同位素与辐射技术在工业上的应用，包括利用加速器和钴源辐射加工、离子束加工和核仪器仪表同位素与辐射技术在环境治理中的应用，包括燃煤烟气的脱硫、脱硝处理、污水及污泥的处理等核农学应用，辐射遗传和育种学、放射生物学、辐照保藏技术、示踪原子应用等39/402023-1-10课程学习脉络课程学习脉络射线原子结构原子结构放射性核素衰变及规律衰变及规律元素周期表元素周期表核素图、衰变纲图结合能结合能能谱、能量分辨率能谱、能量分辨率探测效率、死时间、本底屏蔽探测器分类、原理、探测器分类、原理、特点、应用特点、应用射线与物质相互作用射线与物质相互作用机理、衰减机理机理、衰减机理辐射对人体危害、外照射、内照射、剂量计算、辐射防护原则及标准射线谢谢 谢！谢！