一、 放射性衰變
不穩定的原子核，能自發放出射線，轉變成穩定的原子核，這一轉變過程稱為放射性衰變。自然界存在著穩定性核素和放射性核素，放射性衰變是原子核內部的物理現象。穩定的原子核中，中子和質子數目通常保持一定的比例，當中子數或質子數過多時，原子核便不穩定，形成放射性核素。
放射性核素又分為天然放射性核素（自然界存在的，如u-238, th-232，ra-226和k-40等）和人工放射性核素（由人工核反應生產的，如cs-137，co-60，i-131等）。
1、 核衰變方式，主要有以下幾種：
1 α衰變，放射性原子核放出α粒子（he原子核）後生成另乙個核的過程。
zxa→z-2ya-4+2he4+q
它一般發生在原子序數較高的重原子核中,尤其為原子序數大於82的重金屬原子核中,如
88ra226→86rn222+2he4+4.879mev
92u238→90th234+2he4+4.15mev
2 β衰變，分β-衰變、β+衰變和電子俘獲三種情況。
β-衰變為放出負電子（e-）的衰變，它是由於原子核中中子過多而造成，放出乙個負電子後，核內乙個中子轉變為乙個質子，原子序數增加1，衰變式為：
zxa→z+1ya+β-+ν+q
由於β-衰變產生的能量在β-粒子和反中微子ν之間分配，因此β-粒子的能量是連續分布，最大為q，最小為0，如：
55cs137→56ba137+β-+ ν+q
27co60 →28ba60+β-+ ν +q
同理β+ 衰變是放出正電子（e+）的衰變，它是由於原子核內質子過多而引起的，放出乙個正電子後，核內乙個質子轉變為乙個中子，原子序數減少1，其衰變式為：
zxa→z-1ya+β++ν+q
自然界中找不到正電子衰變的核素。
電子俘獲又稱k俘獲，它是原子核自核外層軌道上（通常在k層）俘獲乙個電子，使核裡的乙個質子轉變成乙個中子，並放出中微子，衰變式為：
zxa +e+→z-1ya+ν+q
很多放射性同位素會發生電子俘獲衰變，如：
26fe55 +e-→25mn55+ν+q
53i125 +e-→52te125+ν+q
電子俘獲過程中會伴隨發生標識χ射線，γ射線和俄歇電子（即外層電子躍遷至k層時，過剩能量傳遞給另乙個殼層電子發出）。
3 γ衰變
在α衰變、β衰變和電子俘獲過程中，原子核往往處於激發態（即較高的能級），處於激發態的原子核，通過發出γ光子回到基態（即核平常所處的最低能級），這一過程稱為γ衰變。γ衰變對於核的原子序數z和質量數a均無影響，僅能量狀態發生變化，因此又稱同質異能躍遷。由於處於激發態時間一般都十分短暫（10-13秒左右）。
可以認為γ衰變是與α或β衰變同時發生的，前面提到的137cs，60co和125i等β衰變同位素，均伴有γ輻射。
處於激發態的原子核，還可以以內轉換電子方式將能量直接傳給核外電子，把殼層電子（主要為k層）以單能電子束發射出去，該電子稱為內轉換電子，此時還會發出標識χ射線或俄歇電子等次級射線。
γ衰變中射線能量大小取決於激發態與基態之間的能量差，它們用千電子伏特（kev）和兆電子伏特（mev）表示。它是發射γ線的放射性同位素的特徵量，用於識別放射性核素種類的主要依據，也是γ能譜儀分析的主要依據和原理。
2、 射線的主要特性
α射線——電離能力強，射程短，穿透力弱，一張紙或**死層（角質層）即可擋住，對人體的損傷僅為內照射。
β射線——電離能力、穿透能力及射程均為中等，對人體的損害主要為**和內照射。
γ射線——是一種電磁輻射，間接電離粒子，電離能力最小，穿透能力最強，散射作用最強，可穿透上公里的空氣和幾公尺厚的人體組織，對人體的損害為全身照射。
中子射線——為間接電離粒子，具有較強的穿透力和間接電離能力，對人體的損傷為全身照射。
3、 放射性衰變規律
時間t=0時，共有原子核數no個，單位時間中衰變掉的原子核與未衰變的核數n成正比 △n/△t=-λn
經積分後得到：n=noe-λt
同理可得到a=ao e-λt
不難可以計算 λ=0.693/t1/2
t1/2為原子核數或活度減少一半所需時間，該值為放射性核素的特徵量，也是區別放射性核素的重要物理量。
4、 天然放射性核素與感生放射性
自然界存在三個天然放射性系列，它們是釷系、鈾—鐳系和錒系，它們的母體為90th232（t1/2=1.405×2023年）,92u238(t1/2=4.468×109年)和92u235（t1/2=7.
038×108年）。說它們是系列是因為它們的母體放射性核素衰變後得到的子體仍為放射性核素，經多次衰變後，才達到穩定。在這之間形成了乙個放射性核素的系列。
這些系列的存在原因是由於其母體核素的半衰期與地球年齡（約30億年）在同一數量級甚至更大。還有乙個錼系，它母體核素為94pu241，該系列中最長命的93np237，t1/2=2.14×106年。
在地球中已找不到它了。除了三個系列外，自然界中還有19k40（t1/2=1.277×109年）。
用核粒子（n、p、α、γ等）轟擊較輕的穩定性核素會產生放射性核素，這一過程為稱為活化，由此產生的放射性為感生放射性。它是除裂變外生產同位素的又乙個重要途徑。
5、 放射性單位
衡量某乙個放射源或含放射性物質的物理量為放射性活度（radioactivity）或簡稱活度（activity）。活度也就是放射源的衰變率。最初放射性活度的單位一直採用居里（curi）表示。
1居里（ci）=1000mci=106μci=1012pci=3.7×1010衰變/秒
上世紀八十年代中期，推廣國際制單位（si），放射性活度的國際制單位為貝柯（becqurel）。
1貝柯（bq）=1衰變/秒=2.7×10-11ci
1千貝柯(kbq)=103衰變/秒=2.7×10-8ci
1兆貝柯(mbq)= 106秒=2.7×10-5ci
目前兩種單位同時使用，但正式檔案和出版物中，必須首先使用國際制單位。
二、 γ射線與物質的相互作用
γ射線與物質的相互作用，僅與它們的能量有關，而與它們的起源無關。在通常的能量範圍（<30mev）γ射線與物質的相互作用主要有以下三種：
1、 光電效應
γ光子與物質原子中殼層電子作用，把全部能量轉移給某個束縛電子，使它發射出去成為自由電子，而其本身消失，該過程為光電效應。在光電效應中，光電子的能量ee=hν-bi≈hν, hν為γ光子能量，bi為光電子脫離原子殼層所需之能量，稱為電子結合能，它們通常為幾千至幾十千電子伏特。因此近似可以認為光電子動能等於γ光子能量，在γ能譜儀上出現的光電峰也可稱為全能峰，或特徵峰，它是識別放射性核素所依據的能峰。
約有80%的光電效應發生k層，l層次之，m、n層更少。在內層電子被打擊出現空位情況下，外層電子躍遷入內層，因此在放射光電子的同時還伴隨著產生標識χ射線和俄歇電子。
光電效應的截面（作用的機率）與物質原子序數的5次方成正比，原子序數越大的物質，光電截面越大，吸收γ射線的本領也越大。它與γ光子的能量成反比，γ光子能量越大，光電截面越小。
2、 康普頓效應
γ光子與原子核外殼層電子發生非彈性碰撞，一部分能量轉移給電子成為反衝電子脫離原子，另一部份能量由改變方向後的散射光子帶走，這一過程稱為康普頓效應。康普頓效應總是發生在束縛得最鬆的外層電子上，γ光子的能量在反衝電子與散射光子兩者之間進行分配。當散射角為0°時，散射光子能量最大為hν，反衝電子能量最小為0；當散射角為180°時，（為反散射），散射光子能量最小，約為200kev左右（無論入射光子能量多少），而反衝電子能量達最大，為hν —200kev左右。
在反衝電子的最大能量處，反衝電子數目最多，形成康普頓坪的邊緣，在較低能量處，電子數大體相同。由康普頓效應產生的康普頓坪，是能譜分析中每個譜圖都會出現的，在解複雜譜時，低能放射性核素的全能峰迭加在康普頓坪上，往往給定量分析帶來很大的困難。
散射光子在改變方向後，可繼續與物質相互作用，發生多次散射或產生光電效應被吸收，由於這一過程是在微微秒水平的時間尺度上發生的，因此可以認為它們是同一事件，被吸收後增加全能峰的計數。
3、 電子對效應
能量大於1.02mev（即2moc2）的γ光子，經過原子核傍時，在原子核電場作用下，轉化為乙個正電子和乙個負電子（即乙個電子對），這一過程稱為電子對效應。
在電子對效應中，入射光子能量中，1.02 moc2轉化為電子對的靜止能量，其餘成它的動能，即hν=ee++ee-+ 2moc2
正負電子之間能量分配是任意的。
電子對效應的逆過程為湮沒輻射，正負電子發生湮沒時，產生兩個γ光子，其能量相同（均為0.51mev）,方向相反。
電子對效應作用截面(機率)與物質原子序數z2成正比,，與λ射光子能量hν 或ln(hν）成正比，因此物質原子序數越大，γ光子能量越高，發生電子對效應機率越大。
4、 γ射線的吸收
γ射線穿過物質時，通過上述三類效應發生能量轉移，每發生一次碰撞便是一次能量大轉移，但未經碰撞的光子，它的能量不變。因此經物質吸收後，儘管強度逐漸減弱，但對於某乙個γ光子無確定的射程。
對於低能γ射線和原子序數高的吸收物質，光電效應佔優勢
對於中能γ射線和原子序數低的吸收物質，康普頓效應佔優勢。
對於高能γ射線和原子序數高的吸收物質，電子對效應佔優勢。
經準直的γ射線（窄束γ射線）在通過物質時，其強度減弱呈指數規律 i=i0e-μt μ=μph+μc+μp
t為吸收物體的厚度，i為γ射線強度（i0為t=0處強度），μph、μc、μp分別為光電吸收係數，康普頓吸收係數和電子對吸收係數。
三、 其它粒子與物質相互作用
1、 帶電粒子與物質相互作用
1 電離（產生離子對）與激發（至較高能級）；
2 彈性散射（改變運動方向，不發生能量變化）；
3 軔致輻射（受原子核庫倫電場作用減速，一部分能量轉變成具有連續能譜的電磁輻射）；
4 湮沒輻射（粒子與反粒子發生碰撞時，質量可轉化為γ輻射）；
2、 中子與物質相互作用
中子與原子核碰撞給出部分能量，反衝核在物質中快速運動，引起物質電離。由動量守恆和能量守恆定律可知，與輕核碰撞時，中子消耗的能量多，反衝核得到的能量大，引起電離強烈；相反與重核碰撞，給出能量少，引起電離較弱。
放射性基礎知識
第一章放射源 1 1 物質 原子和同位素 自然界中存在的各種各樣的物體，大的如宇宙中的星球，小的如肌體的細胞。都是由各種不同的物質組成的。物質又是由無數的小顆粒所組成的。這種小顆粒叫做 原子 由幾個原子還可以組成較複雜的粒子叫分子。如水，就是由二個氫原子和乙個氧原子化合成乙個水分子。無窮多的水分子聚...
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目錄第一章前言 1 第二章測區概況 2 2.1地理位置 2 2.2 地質地貌概況 2 2.3 放射性背景值 2 第三章儀器裝置 3 3.1 微機四道能譜儀 3 3.2 鐳a測氡儀 fd 3017 4 3.3 x 劑量率儀 ckl 3120 4 第四章剖面設計 5 4.1 工作任務 5 4.2 測網設...