导图社区 注册核安全工程师-核安全综合知识【01】原子核物理基础
考试大纲要求掌握放射性核素的衰变规律及放射性核素的衰变常数、半衰期及寿命的概念,γ射线与物质的相互作用,介质对γ、X 射线的衰减规律;中子诱发裂变与裂变能。
编辑于2023-05-08 10:08:43 广东《史记》十表和八书部分的读书笔记,十表是用表格形式谱列某一时期的史事人物;八书(礼、乐、兵、律历、天官、封禅、河渠、平准)是当时人们认为的经国大事,故司马迁单例讨论。
《史记》十二本纪部分思维导图读书笔记,除本纪外还包括一份《司马迁生平与史记》思维导图。十二本纪以王朝为体系,主要记述了上古五帝、夏、殷、周、秦、汉等人物传记。
这是一篇关于《史记》的思维导图,这一篇是三十世家之齐太公世家第二:齐是周初功臣太公吕尚的封国,春秋时齐逐渐强大,在桓公时称霸诸侯。这一篇着重记述了桓公称霸的始末,桓公称霸,得力于任用贤臣管仲。对于历史爱好者而言,这是一把解锁《史记》中齐国历史的钥匙。《齐太公世家》记载了齐国数百年的兴衰变迁,内容丰富复杂,此模板以直观的图形和简洁的文字,将齐太公吕尚的背景、齐国的传承脉络、齐桓公称霸的过程及依靠的贤臣管仲等关键信息一一呈现,方便历史爱好者快速了解齐国历史的大致框架和重要节点,深入感受春秋时期诸侯争霸的历史风云。对于历史专业的学生来说,这是一个高效的学习工具。在学习《史记》或先秦历史课程时,通过此模板可以更好地理解和记忆齐国相关的历史知识,把握历史事件之间的因果关系和内在逻辑,提升学习效果。该模板涵盖了齐太公世家的世系传承、齐桓公的霸业历程、桓公之后齐国的逐渐衰落等重要板块,信息详尽且分类明确。对于从事历史研究和教学的专业人士,这也是一份有价值的参考资料,能够为研究和教学提供清晰的思路和丰富的内容。
《史记》思维导图读书笔记,笔记根据岳麓书社《史记》评注本、中华书局三全本《史记》、许嘉璐主编《二十四史全译》史记上下两册,以及中国文史出版社的《史记精注全译》、商务印书馆《史记文白对照本》等五本书的阅读笔记整理而成。吴、楚、越三方的交锋斗争是模板的重点内容之一。吴王阖闾时期,任用孙武、伍子胥等贤臣,大败楚国,使其元气大伤;而后与越国的争斗中,阖闾受伤而死,夫差继位后虽一度打败越国,但最终被越王勾践复仇成功,吴国灭亡。这些精彩的历史事件在思维导图中都有详细展示,包括关键人物、战争背景和结果等。对于历史爱好者而言,这个思维导图模板能够帮助他们快速把握《吴太伯世家》的核心内容,理清复杂的历史脉络;学生可以通过它更高效地学习相关历史知识,加深对春秋战国时期吴国历史的理解;研究者也能从中获取清晰的历史框架,为深入研究提供便利。无论是想要了解吴氏起源,还是探究春秋战国时期吴、楚、越三国纷争的历史爱好者,或是需要学习相关历史知识的学生和研究人员,这个《史记·吴太伯世家第一》思维导图模板都能满足需求,助力用户轻松掌握历史要点,提升学习与研究效率。
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第一章 原子核物理基础
考试内容
了解原子和原子核的基本性质、原子核的放射性、射线及其与物质相互作用、原子核反应。
熟悉放射性活度的含义及三大天然放射性系列中的主要核素、常用的核辐射类型及其特征、核裂变及核能的利用。
掌握放射性核素的衰变规律及放射性核素的衰变常数、半衰期及寿命的概念,γ射线与物质的相互作用,介质对γ、X 射线的衰减规律;中子诱发裂变与裂变能。
第一节 原子和原子核的基本性质
1911年,卢瑟福,根据α粒子的散射实验提出了原子的核式模型假设——原子是由原子核和核外电子所组成。
1897年,英国科学家汤姆逊发现了电子(人类发现的第一个微观粒子)
原子的大小是由核外运动的电子所占空间的范围来表征的,原子可以设想为电子以原子核为中心的、在距离非常远的若干轨道上运行,原子的大小以原子半径来表示。
原子核的质量远远超过核外电子的总质量,因此,原子的质量中心和原子核的质量中心非常接近。物质的许多化学及物理性质、光谱特性基本上只与核外电子有关,而放射性现象则主要归因于原子核。
一、原子的壳层结构
根据原子的核式模型,原子由原子核和核外电子组成。
电子在核外空间呈一定的概率分布,但在一定的“轨道”上的概率分布较大而已。
原子的轨道电子离核的距离是不能取任意值的
电子轨道按照一定的规律形成彼此分离的壳层。
最靠近核的称为K层,在它外面依次为L亮层、M 壳层、N壳层、0 壳层等
通常用量子数 n(n=1,2,3,··.) 代表壳层,每个壳层最多可容纳
处于不同壳层的电子具有不同的势能,通常用能级图来表示其大小。
能级的能量大小就等于该壳层电子的结合能。
二、原子核的组成及其稳定性
1896年,贝克勒尔发现了铀的放射现象,是人类第一次在实验室里观察到原子核现象
1897年,居里夫妇发现了放射性元素钋和镭
1903年,卢瑟福证实了α射线是带正电荷的氦原子核,β射线是电子;1911年进而提出原子的核式模型。
1932年,查德威克发现了中子,海森堡很快就提出原子核是由质子和中子所组成的假说
原子核的组成及其表示
在提出原子核由中子和质子组成之后,任何一个原子核都可由
右下标N表示核内中子数,左下标Z表示核内质子数或称电荷数,左上标A(A=N+Z)为核内的核子数,又称质量数。
实际上,只要简写为
它已足以代表一个特定的核素,左下标 Z 往往可以省略
常用术语
核素
是指在其核内具有一定数目的中子和质子以及特定状态的一种原子核或原子
同位素和同位素丰度
具有相同原子序数(即有相同的质子数)、但质量数不同的核素称为某元素的同位位素
同位是指该同位素的各核素在元素周期表中处于同一位置,它们具有基本相同的化学性质
某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰度。
同质异能素
寿命较长的激发态原子核称为基本态原子核的同质异能素或同核异能素。
原子核的稳定性及核素图
根据原子核的稳定性,可以把核素分为稳定的核素和不稳定的放射性核素。
在现代的核素图上,既包括了天然存在的 332 个核素(其中 280 多个是稳定核素)也包括了自 1934 年以来人工制造的 1600 多个放射性核素,一共约 2000 多个核素.
原子核的稳定性还与核内质子数和中子数的奇偶性有关,自然界存在的稳定核素共 270多种
当原子核的中子数或质子数为 2、8、20、28、50、82 和中子数为 126 时,原子核特别稳定,把上述数目称为“幻数”
三、原子核的大小
一个原子的线度约为 10-8cm,根据卢瑟福 用粒子轰击原子的实验得知原子核的线度远小于原子的线度。
历史上,最早研究原子核大小的是卢瑟福 和查德威克,他们用质子或o粒子去轰击各种原子核,发现半径遵从:
原子核半径 R与 A 成正比,比例常数的最近数据分别为 1.20士0.30 f 和 1.40士0.10 fm
电荷分布半径
核力半径
四、原子核的结合能
质能联系定律
质量和能量都是物质同时具有的两个属性,任何具有一定质量的物体必须与一定的能量相联系。
质量和能量的相互关系为
物体的能量 E 以J(焦耳)为单位,物体的质量 m 以kg 为单位,c 为真空中的光速
根据相对论的观点,物体质量的大小随着物体运动速度而变化。
若物体静止时的质量为称为物体的静止质量。则运动速度为v时该物体所具有的质量 m 为
原子核的质量亏损
定义原子核的质量亏损为组成原子核的 Z 个质子和 A-Z 个中子的质量之和与该原子核的质量之差,记作
Z个质子和(A-Z)个中子结合成原子核时的结合能为
原子核的结合能
既然原子核的质量亏损Dm>0,由质能关系式,那么相应能量的减少就是DE=Dmc2,这表明核子结合成原子核时,会释放出能量。这个能量称之为结合能。
式中 m(Z,A) 为电荷数为 Z、质量数为 A的原子核的核质量。所有的核都存在质量亏损。
比结合能曲线
原子核的结合能 B(Z,A)除以质量数 A 所得的商,称为平均结合能或比结合能e,e(Z,A)=B(Z,A)/A
式中 m(Z,A) 为电荷数为 Z、质量数为 A的原子核的核质量。所有的核都存在质量亏损。
比结合能e的单位是MeV/Nu,Nu代表每个核子。比结合能的物理意义为原子核拆散成自由核子时,外界对每个核子所做的最小的平均功。或者说,它表示核子结合成原子核时平均一个核子所释放的能量。因此,表征了原子核结合的松紧程度。e大,核结合得紧,稳定性高;e小,结合松,稳定性差。
第二节 原子核的放射性
已经发现的天然存在的和人工生产的核素约有 2000多个,其中天然存在的核素约有332个,其余皆为人工制造的。
天然核素分两大类
稳定的核素,自然存在的稳定核素约有 270 个,如
不稳定的核素,其原子核会自发地转变成另一种原子核或另一种状态,并伴随一些粒子或碎片的发射,它又称为放射性原子核。
发射a粒子
发射a粒子、b粒子
发射b粒子
在无外界影响下,原子核自发地发生转变的现象称为原子核的衰变,核衰变有多种形式如a衰变、b衰变、g衰变,还有自发裂变及发射中子、质子的蜕变过程
一、放射性衰变的基本规律
衰变是一个统计的过程,总的效果是随着时间的流逝,放射源中的放射性原子核数目按一定的规律减少。
单一放射性的指数衰减规律
指数衰减规律是放射性核素衰变的普遍的规律
N(0)和 N(t) 是时间t=0和t=t时刻的原素核数
-l为直线的斜率,l是一个常数。
放射性指数衰减规律是一种统计规律,它是由大量的全同原子核参与衰变而得到的。对于单个原子核的衰变,只能说它具有一定的衰变概率l,而不能确切地确定它何时发生衰变。
衰变常数
-dN(t)/N(t)表示一个原子核发生衰变的概率。
l代表单位时间内一个原子核发生衰变的概率,称为衰变常数
其单位为时间的倒数,如
如果一种核素同时有几种衰变模式,则这核素的总衰变常数l是各个分支衰变常数之和。
半衰期
放射性核素衰变掉一半所需要的时间,叫做该放射性核素的半期,单位可采用 sminhda等。用于表征放射性衰变的快慢。
半衰期与l成反比,因此T越大,衰变越慢,而T越小则衰变越快。
平均寿命
用平均寿命t来量度衰变的快慢,原子核的平均寿命为衰变常数l的倒数,简称寿命。
放射性的活度和单位
一个放射源的强弱不仅取决于放射性原子核的数量的多少,还与这种核素的衰变常数有关。一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数称为它的放射性活度,通常用符号 A表示。
是放射源的初始放射性活度。
一个放射源的放射性活度也是随时间指数衰减的。
单位
放射性活度曾采用居里 (Ci) 为单位。1950年,国际上共同规定:一个放射源每秒钟有 3.7x10的10次方次核衰变定义为一个居里,即
1975 年国际计量大会上,规定了放射性活度的 SI单位为贝克勒尔 (简称贝克),用符号 Bq 表示,即1 Bq=1/s
二、放射系
钍系(4n系)
钍系从
开始,经过连续 10次变,最后到达稳定核素
由于Th的质量数232=4*58,是4的整数倍,故称4n系。
铀系(4n+2系)
铀系从
开始,经过 14 次连续变而到达稳定核素
该系的核素,其质量数皆为4n+2,故称 4n+2系
锕-铀系(4n+3系)
锕-铀系从
开始,经过11 次连续变,到达稳定核素
该系核素的质量数可表示为4n+3。
第三节 射线及其与物质相互作用
一、常用的核辐射类型及其特征
只关注能量在 10 eV 量级以上辐射。这个能量下限是辐射或辐射与物质相互作用的次级产物能使空气等典型材料发生电离所需的最低能量。能量大于这个最低能值的辐射称作电离辐射。
a射线
也称a粒子,它是氨的原子核,由两个质子和两个中子组成,核电荷数为+2,质量数为4。
天然的a粒子来源于较重原子核的自发衰变,叫做a衰变。a粒子以符号表示
衰变过程
b射线
原子核发射出的B射线有两类:b-射线及射线。b-射线就是通常的电子,带有一个单位的负电荷,以符号 e-表示,负电子是稳定的。b+射线就是正电子,带有一个单位的正电荷,以符号 e+表示。
b粒子来源于原子核的b衰变,B衰变有三种类型:b-衰变、b+衰变和轨道电子俘获
衰变过程
c射线和g射线
c射线和g射线是一定能量范围的电磁辐射,又称光子。光子静止质量为 0,不带电荷
单个光子的能量与辐射的频率n成正比,即E=hn ,h为普朗克常数。
每一个光子的能量都是确定的,任何光子在真空中的速度都是相同的,即为光速 c。
区别是起源不同
c射线来源于原子核外电子的跃迁
g射线来源于原子核高激发态向低激发态(或基态)的跃迁或粒子的灭辐射。
中子
中子是原子核组成成分之一,它不带电荷,质量数为 1,比质子略重。
自由中子是不稳定的,它可以自发地发生b-衰变,生成质子、电子和反中微子
衰变过程
中子主要是通过核反应或原子核自发裂变而产生的,常用的中子源基本上有三种
同位素中子源、加速器中子源、反应堆中子源
二、射线与物质相互作用
带电粒子与物质相互作用
带电粒子能量损失方式之一:电离损失
带电粒子能量损失方式之一:辐射损失
g射线与物质相互作用
能量在几十千电子伏至几十兆电子伏的g射线通过物质时主要有光电效应、康普顿效应和电子对效应三种作用过程。
通常以截面s表示作用概率的大小。若以s(ph)表示光电效应截面,s(c)表示康普顿效应截面,s(p)表示电子对效应截面
g射线与物质作用的总截面
光电效应:当g光子通过物质时,与物质原子中束缚的电子发生作用,光子把全部能量转移给某个束缚电子,使之发射出去,而光子本身消失了,这种过程叫光电效应。
康普顿效应:入射g光子同原子中外层电子发生碰撞,入射光子仅有一部分能量转移给电子,使它脱离原子成为反冲电子;而入射光子变成一个新的光子,叫做散射光子,散射光子能量小于入射光子,运动方向也发生改变。
电子对效应:当一定能量的g光子进入物质时,g光子在原子核库场作用下会转化为一对正负电子这一现象称作电子对效应。
g射线的吸收:假定入射的g光子一旦同介质发生作用就从入射束中移去了,尤其在康普顿效应中,即使发生很小角度的散射,也要把散射光子排除出原来的入射束。只有没有同介质发生任何作用的Y光子才沿着原来的方向继续前进,这种情况称为Y射线窄束的衰减情况,称为“窄束”。g射线穿过物质时其注量率随穿过的厚度 x 的增加而指数衰减。
中子与物质相互作用
中子的散射:中子与原子核发生弹性散射与非弹性散射并产生反冲核
中子的俘获:中子被原子核俘获而形成复合核,再蜕变而产生其他次级粒子
第四节 原子核反应
核反应是由以一定能量的入射粒子轰击靶核的方式出现。入射粒子可以是质子、中子、光子、电子、各种介子以及原子核等。
核反应的一般描述
核反应与反应道
核反应可表示为:a+A ® b+B,也常表示为 A(a.b)B。a、A、b和B代表入射粒子、靶核、出射粒子和剩余核。
核反应的一般表达式:A(a,b1,b2, b3…)B
反应道:一个粒子与一个原子核的反应或两个原子核的反应往往不止一种,而可能有好几种。其中每一种可能的反应过程称为一个反应道。反应前的过程称为入射道,反应后的过程称为出射道。一个入射道可以对应几个出射道。
核反应分类
按出射粒子分类
对出射粒子和入射粒子相同的核反应,即a=b,称为散射。它又可以分为弹性散射和非弹性散射。
出射粒子与入射粒子不同,即a不同于b ,这时,剩余核不同于靶核,也就是般意义上的核反应。
在这一类核反应中,当出射粒子为g射线时,把这类核反应称为前面提及的辐射俘获。
按入射粒子分类
中子核反应:中子与核作用时,由于不存在库势垒,能量很低的慢中子就能引起核反应。
荷电粒子核反应
质子引起的核反应
氘核引起的核反应
a粒子引起的核反应
重离子引起的核反应
光核反应:由g光子引起的反应,其中最常见的是 (g,n)反应
第五节 核裂变及核能的利用
一、自发裂变与诱发裂变
自发裂变
在没有外来粒子轰击下,原子核自行发生裂变的现象
一般表达式
诱发裂变
在外来粒子击下原子核才发生裂变的现象,能发生自发裂变的核素不多,大量的裂变过程是诱发裂变,即当具有一定能量的某粒子 a 轰击靶核A时,形成的复合核发生裂变
诱发裂变中,中子诱发裂变是最重要的,也是研究最多的诱发裂变。
由于中子与靶核没有库仑势垒,能量很低的中子就可以进入核内使其激发而发生裂变
裂变过程中有中子发射,可能形成链式反应,这是中子诱发裂变受到关注的原因
一般表达式
二、裂变后现象
裂变后现象是指裂变碎片的各种性质及其随后的衰变过程及产物,如碎片的质量、能量.释放的中子、g射线等
裂变碎片的质量分布
又称裂变碎片按质量分布的产额,具有一定的规律性。
裂变能及其分配
重核发生二分裂的裂变能可以表示为
衰变而形成的两个稳定核的原子质量,n为裂变中发射的中子数。
裂变中子
裂变中子包含瞬发中子和缓发中子两部分,缓发中子约占总数的 1%。
《核安全综合知识》备考笔记【01】
绘图:花漾春天 软件:MindMaster 书籍:《核安全综合知识》,环境保护部核与辐射安全中心编写