核安全工程师综合知识1

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1、,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,核安全综合知识,注册核安全工程师考试复习,2010,年,6,月,核安全综合知识,第一章 原子核物理基础,考试要求,熟悉,原子结构的知识,熟悉,放射性的概念、衰变及其规律,熟悉,射线及其与物质的相互作用,掌握,核反应的类型,了解,核裂变及其裂变反应的知识,核安全综合知识,第一章的要求：,复习内容,1.1,原子和原子核的基本性质,1.2,原子核的放射性,1.3,射线及其与物质相互作用,1.4,原子核反应,1.5,核裂变及核能的利用,核安全综合知识,1.1,原子和原子核的基本性质,知识要点,：,原子与原子核,原

2、子的壳层结构,原子核的组成及其稳定性,原子核的大小,原子核的结合能,核安全综合知识,原子和原子核（,1,）,知识要点,：原子、原子核、同位素,1896,年法国科学家贝克勒尔,(A.H.Becquerel),发现天然放射性现象，人类第一次观察到核变化，这一重大发现是原子核物理的开端。,万物是由原子、分子构成，每一种原子对应一种化学元素。目前，人们已知一百多种元素。,1911,年卢瑟福根据,粒子的散射实验提出原子由原子核和核外电子组成的假设。,核外电子运动构成了原子物理学的主要内容，而原子核内部核子的运动是原子核物理学的主要研究对象。原子和原子核是物质结构的两个层次。,核安全综合知识,原子和原子核

3、（,2,）,电子带负电荷，电子电荷的值为：,e=1.60217733x10,-19,C,，且电荷是量子化的，即任何电荷只能是,e,的整倍数。电子的质量为,m,e,=9,.1093897x10,-31,kg,。原子核带正电荷，集中了原子的全部正电荷。,原子的大小是由核外运动的电子所占的空间范围来表征，原子可以设想为电子在以原子核为中心的、距核非常远的若干轨道上运行。原子的大小半径约为,10,-8,cm,的量级。,原子核的质量远超过核外电子的总质量，原子的质量中心与原子核的质量中心非常接近。原子核的尺度只有几十飞米,(1fm=10,-15,m=10,-13,cm),，而密度高达,10,8,t.cm

4、,-3,。,物质的许多化学性质及物理性质、光谱特性基本上只与核外电子有关；而放射现象则主要与原子核有关。,核安全综合知识,原子和原子核（,3,）,单选题例：（只有一个答案是正确的）,原子物理学的主要内容是（,A,）。,A,核外电子的运动,B,原子核的裂变，,C,原子核的衰变，,D,原子核中核子间的运动,。,多选题例：（有多个答案可能正确，错一个为全错）,原子由原子核和核外电子组成，其中,(ABCDE),。,A,电子带负电荷，,B,原子核集中了原子的全部正电荷，,C,原子的大小半径约为,10,-8,cm,的量级，,D,原子核的质量远超过核外电子的总质量，,E,原子核的限度只有几十飞米。,核安全综

5、合知识,原子的壳层结构（,1,）,知识要点,：原子的壳层、能级、跃迁,原子的核外电子称为轨道电子。原子的轨道电子离核的距离是不能取任意值的，按照一定的规律形成彼此分离的壳层,。,最靠近核的一个壳层称为,K,层，在它的外面依次为,L,、,M,、,N,、,O,壳层等，以此类推。通常用量子数,n(n,=1,2,3),代表壳层，并分别对应,K,、,L,、,M,、,N,、,O,，,壳层。每个壳层可容纳,2n,2,个电子。除了,K,层以外，其他壳层又可分成,(2,l,+1,，,l,=n-1),个支壳层，,l,是描述电子轨道的量子数。,处于不同壳层的电子具有不同的位能，当电子从无穷远处移动到靠近原子核的位置

6、时是电场力作功，,K,层的能级最低。能级的能量大小就等于该壳层电子的结合能，要使该壳层电子脱离核的束缚成为自由电子所需做的功。结合能是负值，通常以,KeV,为单位，,K,壳层电子的结合能的绝对值最大。,核安全综合知识,原子的壳层结构（,2,）,用,n,，,l,，,j,三个量子数来描述不同的能级。其中,n=1,，,2,，,3,，是主量子数；,l,=0,，,1,，,2,，,，,(n-1),是与电子的轨道运动相关的量子数，而,j,是与电子的自旋运动相关的量子数，,j,与,l,的关系是,j=|l1/2|,。,n,，,l,，,j,三个量子数的不同组合区别轨道电子不同的支壳层。每个支壳层最多可容纳,(2j

7、+1),个电子。,在正常情况下，电子先充满较低能级，但当原子受到内在原因或外来因素的作用时，低能级的电子可以被激发到高能级上（称激发过程），或电子被电离到原子的壳层之外（称电离过程），高能级电子就会跃迁到低能级上留下的空位上，并以电磁辐射的形式释放一个光子。,发生内层电子跃迁时，发射的光子能量较高，而且不同元素的原子均有不同特定的能量，所以通常又称作特征,X,射线，其能量计算公式为：,E,X,=,hc/,=E,1,-E,2,，式中,h=6.6260755x10,-34,J.s,；光速,c=2.997925x10,8,m/s,；,E,1,和,E,2,分别是跃迁前后两个能级的能量。,K,系特征线是

8、由,K,壳层之外的电子跃迁到,K,层空位时发射的特征,X,射线，同样还有,L,系、,M,系特征,X,射线等，跃迁还需要满足特定的选择定则。,核安全综合知识,原子的壳层结构（,3,）,单选题例：,原子的核外电子称为（,B,）。,A,自由电子，,B,轨道电子，,C,俄歇电子，,D,康普顿电子,。,多选题例：,电子轨道按照一定的规律形成彼此分离的壳层，其中各层最多可容纳的电子数分别是,(BCE),。,A K,层,1,个，,B K,层,2,个,，,C L,层,8,个，,D M,层,10,个，,E M,层,18,个。,核安全综合知识,原子核的组成及其稳定性,（,1,）,知识要点,：核的组成、核素,/,同

9、位素,/,同质异能素、核的稳定性,1932,年查德威克发现中子，海森堡提出原子核由质子和中子组成的假设。,中子为中性粒子，质子为带有单位正电荷的粒子。,中子和质子的质量相差甚微，它们的质量分别为：,m,n,=1.00866492u,，,m,p,=1.00727646u,，,u,为原子质量单位。,1960,年国际上规定把碳,-12(,12,C),原子质量的,1/12,定义为原子质量单位，用,u,表示，,1u=1.66054020.0000010 x10,-27,kg=931.494013MeV/c2,。,任何一个原子核都可以由符号,A,Z,X,N,表示，,N,是中子数，,Z,是质子数或电荷数，,

10、A,是核子数或质量数，,X,是该原子核对应的元素符号。只要元素符号,X,确定后，该元素的电荷数就已经确定，所以符号,A,X,足以表示一个特定的核。,中子数和质子数都相同的原子核称为一种核素。具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素。,16,O,17,O,18,O,的天然丰度比是,：,99.756%,、,0.039%,、,0.205%,。,寿命较长的激发态原子核称为基态原子核的同质异能素或同核异能素。同质异能素所处的能态又称同质异能态，如：,87m,Sr,，,87,Sr,。,核安全综合知识,原子核的组成及其稳定性,（,2,）,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

11、性核素。原子核的稳定性与核内质子数和中子数之间的比例存在密切的关系。,核素图必须是一个含有,N-Z,数的两维图。在现代核素图上，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,个核素。,在,稳定核素分布图上，相同中子数,N,的核素是同中异荷素；在,N,和,Z,轴截距相等的直线上的核素是同量异位素。在,Z0,。,m,（,Z,A,）,=,Zm,p,+(A-Z)m,n,-m(Z,A,),，其中,m,（,Z,A,）,为电荷数为,Z,、质量数为,A,的原子核的质量。,既然原子核的质量亏损,m,

12、（,Z,A,）,0,，由质能关系式，那么相应能量的减少就是,E=,mc,2,0,。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。,一个中子和一个质子组成氘核时，会释放一部分能量,2.225MeV,这就是氘的结合能。它已为精确的实验测量所证明。实验还证实了它的逆过程：当有能量为,2.225MeV,的光子照射氘核时,氘核将一分为两,飞出质子和中子。,核安全综合知识,原子核的结合能,（,2,）,结合能,:B(Z,A)=,mc,2,比结合能,:,(Z,A)=,B(Z,A)/A=,mc,2,/A,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

13、核子结合成原子核时，平均一个核子所释放的能量。,比结合能表征了原子核结合的松紧程度。比结合能大，原子核结合紧，稳定性高；比结合能小，结合松，稳定性差。,核安全综合知识,原子核的结合能,（,3,）,当结合能小的核变成结合能大的核，即当结合得比较松的核变到结合得紧的核，就会释放能量。,从比结合能曲线可以看出,有两个途径可以获得能量：,重核裂变，即一个重核分裂成两个中等质量的核；,轻核聚变，即两个轻核融合为一个较重质量的核。,人们依靠重核裂变的原理制造出原子反应堆与原子 弹，依靠轻核聚变的原理制造出氢弹和人们正在探索的可控聚变反应。,所谓原子能，主要是指原子核结合能发生变化时释放的能量。,核安全综合

14、知识,原子核的结合能,（,4,）,核安全综合知识,原子核的结合能,（,5,）,单选题例：,一个质子和一个中子结合成氘原子核时，会（,B,）的能量,。,A,吸收,2.225MeV,，,B,释放出,2.225MeV,，,C,吸收,14.1MeV,，释放出,17.6MeV,在原子核的质量亏损算式中，,m(Z,A),为的原子核的（,B,）。,A,核子数，,B,核质量,C,中子数，,D,原子序数,组成氘核的质子和中子质量之和（,C,）氘核的质量。,A,小于,B,等于，,C,大于，,D,等于两个,E=mc,2,称为,(A),定律。,A,质能联系,B,万有引力，,C,宇称守恒，,D,库仑,多选题例：,原子能

15、是指原子核结合能发生变化时释放的能量，原子能利用的实例有（,ABC,）。,A,核反应堆，,B,原子弹，,C,氢弹，,D,激光器，,E,氢气复合器,核安全综合知识,1.2,原子核的放射性,知识要点,：,原子核的衰变与放射性核素,放射性衰变的基本规律,放射系,放射规律的应用,核安全综合知识,原子核的衰变与放射性核素,（,1,）,知识要点,：放射性核素、核衰变、衰变纲图,不稳定核素是指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。,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,衰变，,衰变，,衰变，还有自发裂变及发

16、射中子、质子的蜕变过程。不稳定原子核会自发地发生衰变。,可以根据衰变纲图和同位素表提供的资料，选取有用的数据。衰变纲图中粗实横划线的态代表原子核基态，细实横划线的态代表原子核的激发态，箭头向左表示原子序数减少，向右表示增加。箭头线上标示了放射粒子的类型及其动能或者动能最大值，图中百分数代表该种衰变所占的比例（又叫分支比）。,核安全综合知识,原子核的衰变与放射性核素,（,2,）,(a)(b),一些核素的衰变纲图,核安全综合知识,原子核的衰变与放射性核素,（,3,）,单选题例：,在无外界影响下，原子核自发地发生转变的现象称原子 核的（,A,）,A,衰变，,B,诱发裂变，,C,聚变，,D,散裂。,会自发地转变成另一种原子核或另一种状态并伴随发射一些粒子或碎片的原子核是,(B),A,散射靶核，,B,放射性原子核，,C,裂变核，,D,散裂核,多选题例：,原子核衰变有多种形式，如（,ABCDE,）。,A,衰变，,B,衰变，,C,衰变，,D,自发裂变,E,发射质子的蜕变,核安全综合知识,放射性衰变的基本规律,（,1,）,知识要点,：指数衰变规律、衰变常数,/,半衰期,/,平均寿命、放射性活度,实验表