1、第一篇 第一章 放射性勘探的理论基础,1.1.1、原子结构及核衰变,按照卢瑟福的原子结构的模型为：,原子A,原子核X,核外电子e,中子N,质子P,几个核参数： 原子核直径：10-1210-13cm 质子质量：1.672610-24g 中子质量：1.674910-24g 电子质量：9.109310-28g,1.1 核衰变及放射性元素,复习! ! !,原子能级,原子中束缚电子按一定的轨道绕原子核运动，所处的能量状态，即为原子能级。 不同原子能级状态不同，对于同一种原子来说，它的绕行电子的数目和运动轨道都是一定的，因此每个原子只能处于一定的，不连续的一系列稳定状态中，这一系列稳定状态称为原子能级，用
2、wi表示。,K,L L L,M M M M M,n l j,1 0 1/2,2 0 1/2,2 1 1/2,2 1 3/2,3 0 1/2,3 1 1/2,3 1 3/2,3 2 1/2,3 2 3/2,n:主量子数 l:角量子数 j:进动角量子数,原子光谱分析的基础,不同元素其原子的能量差不同，构成原子的特征能谱,原子核能级,最低的能级状态叫基态。比其高的各个能级叫做激发态，可以有多个，称为第一、第二、第三激发态等。原子核处于某个激发态时它不稳定，往往要放出光子回到基态。能级状态改变时所放出的光子波长很短，能量很大，常称为光子。 某核发射的各种能量的光子的集合，即构成该核的能谱。,能谱分析的
3、基础,不同的原子核能谱成分不同,故为特征能谱,放射性现象及核衰变,放射性现象：在自然界中一些元素的原子核不稳定，能自发的衰变成另一种原子核，并放出、射线或轨道电子俘获后放出X射线，这种过程称为放射性现象，即放射性衰变,核衰变方式： 1、衰变2、衰变衰变,+ 电子俘获,激发态与基态之间跃迁的能级差，由衰变和衰变时产生的,衰变特征：,衰变谱为分立谱，可以是单能谱也可是多能谱。,衰变特征：谱为连续谱。,因为在衰变中能量的分配是在子核、粒子和中微子三者间进行的。它们间发射方向是任意的，各自所带能量也不是固定的，从而构成了粒子能量的连续性,-,电子俘获,特征X射线:,俄歇电子:,正电子湮没辐射:+粒子被
4、介质阻止而丧失动能时,将与介质中的电子结合,同时辐射出两个方向相反,能量各为0.51Mev的光子,这种辐射称为阳电子湮没辐射。,衰变特征：衰变谱为分立谱，可以是单能谱也可是多能谱。,发射射线 发射内转换电子（或电子对）内转换就是处于激发态的核直接把激发能交给核外某壳层。使之成为自由电子，称为内转换电子。特征X射线俄歇电子 同质异能跃迁有些核素在激发态存在时间较长（大于0.1秒）便可做为独立核素。它们具有相同的质量数A和电荷数Z，故称为同质异能素。,能级迁跃的形式,1.1.2、 天然放射性核素,一、成系列的天然放射性核素,铀系、钍系、锕铀系,214At 1.3s,210Tl 1.32m,206T
5、l 4.2m,A,B,C,C”,C,D,E,F,E,G,216At 3.510-4s,A,B,C”,C,D,C,216At 110-4s,A,B,C,C”,C,铀、钍系列核素衰变列的特点及规律： 1) 母体都为长寿元素，1081010年。 2) 三个系列有一气态元素，氡-222，氡-219，氡-220，半衰变分别为3.825天，3.96秒，54.5秒。 3) 铀系氡的子体为固体沉积物，可分为长寿子体和短寿子体。 4) 三个系列最后都衰变为稳定的铅的同位素。 5) 三个系列的核素原子质量数为: 铀系:4n+2 (n=51-59);钍系4n(n=52-58), 锕系:4n+3(n=51-58);
6、6) 各系列核素的半衰期,衰变常数见表中,需要记忆一些元素的半衰期。,M=4n+1,n=51-58 母体Np-93 半衰期为:2.25106年,镎系,不成系数的天然放射性核素,人工放射性核素,1.1.3 放射性核素的射线谱,一、概念 射线谱：射线按其能量大小的分布，或各种能量的射线之集合，称为射线谱。 单色谱：衰变时所放出的射线若是单一能量的，叫单色谱，如137Cs的射线谱为0.661MeV的单色谱。 复杂谱：放出的射线若具有几种能量，则叫复杂谱。天然放射系中大多数元素的谱都是复杂谱，又如平衡铀系和平衡钍系所放出的大于0.1MeV能量的谱，都是复杂谱， 连续谱：如果射线所带能量是这连续分布的，
7、叫连续谱。如谱即为连续谱。,射线连续谱,平衡铀系的 伽玛射线谱,二、表1.51.7示出了三个系的谱表，表的使用说明：1、每百次衰变的粒子数n、一次衰变的光子数n2、表中粒子的能量为加权平均值:是核素衰变的各能量的加权能量计算的。即100次衰变时，该核素所放出的能量按衰变分支比例进行加权计算3、表中粒子的能量为最大能量4、相对强度E：=nE/nE,三、铀一镭系射线谱 归纳铀-镭系射谱的特征，有： （l）镭组68.2，铀组31.8。 RaC7.687MeV能量最大的粒子。 （2）铀组41%，镭组59%。RaC3.2MeV能量最大。 （3）铀系辐射体 UX1、RaB和 RaC。 铀组能量低、几率小，
8、其相对强度2.1； 镭组97.9，铀系大于1.0MeV的射线都是镭组核素RaC发射的。镭组发射的射线特点是能量高、几率大，是铀系中的主要的辐射体。,四、钍系的射线谱 归纳钍系射线谱的特征，有： （1） 钍系有八个主要辐射体，其中ThC放出的能量最大，为8.785MeV。 （2） 钍系有四个主要辐射体，ThC放出的能量为2.25MeV的射线，为钍系中能量最大的射线。 （3） 钍系中主要辐射体有MsTh2、ThC“，其次为ThB和ThC。ThC“的相对强度高达61%。0.583MeV、0.511MeV、2.62MeV为几条主要的谱线，其中2.62MeV的射线，辐射几率最大，是钍系中一条很重要的特征
9、谱线。,五、铀、钍系谱特征 带C的核素如RaC、ThC、AcC都是最大能量的辐射体； 带B，C，C“的核素既是主要的辐射体也是主要的辐射体，如RaB、RaC、ThB、ThC，ThC“和AcC。,铀系与钍系射线谱成分对比,六、40K的射线谱天然放射性核素40K，经衰变成40Ca的占89，经电子俘获变成40Ar的占11，同时放出1.46MeV的射线。天然40K的丰度为0.012，只要知道岩石中钾的百分数，便可计算一克岩石40K放出射线强度。,课堂小结,1、基本概念较多，发生在原子核中的物理现象较多，注意理解和记忆： 放射性衰变现象，核能级跃迁，基态，激发态，衰变及衰变式，特征X射线，俄歇电子，正电子湮没辐射，同质异能跃迁，发射内转换电子。 2、铀钍系列的衰变特征，特点 3、铀钍系列的射线谱特征 4、钾的衰变特征及射线谱特征,本节完！,
