原子核与放射性-最新课件

1、原子核与放射性-最新第一页，共二十四页。原子核与放射性-最新第一节第一节 原子核的基本原子核的基本(jbn)(jbn)性质性质一一. .组成组成(z chn)(z chn)1.1.原子核原子核: :质子质子: :带一个带一个(y )(y )单位的正电荷单位的正电荷中子中子: :中性粒子中性粒子 m=1.007277 m=1.007277 原子质量单位原子质量单位 m=1.008665m=1.008665 原子质量单位原子质量单位 核子在一定条件下可以相互转化核子在一定条件下可以相互转化XAZ 312111HHHOOO188178168 元素符号元素符号质量数质量数质子数质子数中子数中子数 =

2、= A - ZA - Z2.2.以组成分类：以组成分类：a.a.同位素：质子数相同，中子数不同同位素：质子数相同，中子数不同氚氘氕 一个原子质量单位一个原子质量单位 u = 1.66055u = 1.6605510-27 Kg 第二页，共二十四页。原子核与放射性-最新b.b.同质异能素：质子数相同，中子数相同，能量同质异能素：质子数相同，中子数相同，能量(nngling)(nngling)不同不同113m1134949 In In 铟 c cm99439943鍀TT 3231HeHc.c.同量异位素：核子数相同，质子同量异位素：核子数相同，质子(zhz)(zhz)数不同数不同ONC148147

3、146 稳定性核素稳定性核素3.3.以性质以性质(xngzh)(xngzh)分分类：类：放射性核素放射性核素二二. .性质性质1.1.体积体积: :非常小半径： 102 . 1: 150310mRARRARRV3033434Vm2.2.密度密度: :ARm3034AA31527)102 . 1 (41066. 13317/103 . 2mkg第三页，共二十四页。原子核与放射性-最新三三. .稳定性稳定性 1.1.质量质量(zhling)(zhling)亏损亏损铍铍Be94uBe 072433. 95008665. 14007277. 1 :94原子核质量原子核质量(zhling)(zhling

4、)：9.0121858 u9.0121858 u中子中子(zhngz)(zhngz)质量：质量：1.008665 u1.008665 u质子质量：质子质量：1.007277 u1.007277 uum 062472. 00121858. 9072433. 9 :原子核质量原子核质量 209 A209 不稳定不稳定第五页，共二十四页。原子核与放射性-最新质子数质子数中子数中子数名称名称稳定的核数目稳定的核数目Z ZA-ZA-Z偶偶偶偶偶偶核偶偶核156156偶偶奇奇偶奇核偶奇核4848奇奇偶偶奇偶核奇偶核5050奇奇奇奇奇奇核奇奇核5 5第六页，共二十四页。原子核与放射性-最新第二节第二节 核衰

5、变核衰变(shuibin)(shuibin)的类型的类型核衰变：放射性核素自发地以各种核衰变：放射性核素自发地以各种( zhn)( zhn)形式转化为另一核形式转化为另一核严格遵守严格遵守: :质量守恒定律质量守恒定律能量能量(nngling)(nngling)守恒定律守恒定律动量守恒定律动量守恒定律电荷数守恒定律电荷数守恒定律核子数守恒定律核子数守恒定律衰变前后的质量差衰变前后的质量差衰变时的能量衰变时的能量( (衰变能衰变能) )一一. .衰变和内转换衰变和内转换原子核（激发状态）原子核（激发状态）跃迁跃迁内转换内转换稳定稳定第七页，共二十四页。原子核与放射性-最新跃迁：核子在核内处于运动

6、状态跃迁：核子在核内处于运动状态(zhungti)(zhungti)，不同运动状态，不同运动状态(zhungti)(zhungti) 对应不同能量对应不同能量核的能量状态核的能量状态(zhungti)(zhungti)分成一系列等级分成一系列等级: : 核核能级能级激发态激发态3.093.683.866.877.67 激发态基态123136C基态基态(j (j ti)ti)衰变衰变波长波长 0.01nm 0.01nm特点：特点：射线谱不连续（能级不连续）射线谱不连续（能级不连续）A A，Z Z不变，不变， 光子光子贯穿本领强贯穿本领强第八页，共二十四页。原子核与放射性-最新内转换内转换：将能量

7、：将能量(nngling)(nngling)直接传给核外内层电直接传给核外内层电子子将内层将内层(ni cn)(ni cn)电子打电子打出出 ( (自由电子自由电子(z (z yu din z)yu din z) ) 基态内转换%11%89mcT二二. .衰变衰变放射性核素放射性核素A A较小的核较小的核 4 42 2HeHe 衰变衰变一个一个 4 42 2HeHe ： 粒子粒子许多许多 4 42 2HeHe ： 射线射线天然放射性核素天然放射性核素: : 衰变衰变, ,使使A A减少减少同种核放出的同种核放出的粒子速度相同粒子速度相同不同核放出的不同核放出的粒子速度不相同粒子速度不相同第九页

8、，共二十四页。原子核与放射性-最新QHeYXAZAZ衰变4242 :，周期表中前移两位少，少24ZA衰变位移法则 eV 42粒子能量高百万携带，由HeQQHeRnRa422228622688粒子的核素，少数能够放射天然： 209A1471446260 ,SmNd半衰期很长 似稳衰变的只是少数人工： a. 射线能谱不连续衰变，内转换有若子核处于激发态，伴 . b贯穿本领小特点特点(tdin)：第十页，共二十四页。原子核与放射性-最新三三. .衰变衰变(shuibin)(shuibin)某些原子核不稳定某些原子核不稳定(wndng)(wndng)：质子数过多或中子数过多：质子数过多或中子数过多中子

9、数质子数转变 另一核粒子核自发，符号相反质量相同，电荷量相同电子正电子粒子1.1.-衰变衰变(shuibin)(shuibin)QeHn :,011110一定条件下中子数过多：粒子一个e01 ：电子流，射线许多e01 QeYXAZAZ :011衰变一位，周期表中后移多不变， 1ZAQeSP 0132163215第十一页，共二十四页。原子核与放射性-最新a. a. 能谱连续能谱连续(linx)(linx): :衰变衰变(shuibin)(shuibin)能由能由粒子与反中微子共有粒子与反中微子共有能量分配能量分配(fnpi)(fnpi)不固定不固定b. b. 若子核处于激发态，伴有若子核处于激发

10、态，伴有衰变衰变贯穿本领很强贯穿本领很强2.2.+衰变衰变Qen011011H :下质子数过多：一定条件QeYXAZAZ衰变011 :，周期表中前移一位少不变，1ZA a. a. 能谱连续能谱连续: :同同- -衰变衰变b. b. 若子核处于激发态，伴有若子核处于激发态，伴有衰变衰变特点：特点：特点：特点：第十二页，共二十四页。原子核与放射性-最新四四. .电子电子(dinz)(dinz)俘俘获获质子数过多：自由质子数过多：自由(zyu)质子并不能放出电质子并不能放出电子子QneH100111QYeXAZAZ101 :过程，周期表中前移一位少不变，1ZA. a电子被俘获，空出一个位置射线有若子

11、核处于激发态，伴 .b射线产生标识 X总结：总结：射线射线(shxin)(shxin)能谱不连续，能谱不连续，射线能谱连续射线能谱连续19331933年泡利提出中微子假设年泡利提出中微子假设衰变衰变: : 子母核是同质异能素子母核是同质异能素衰变：子母核是同量异位素衰变：子母核是同量异位素电子俘获：子母核是同量异位素电子俘获：子母核是同量异位素特点：特点：第十三页，共二十四页。原子核与放射性-最新第三节第三节 核衰变核衰变(shuibin)(shuibin)的规律的规律规律放射性核素内转换 YXQdtNdN,NdtdN一一. .衰变衰变(shuibin)(shuibin)规律规律大量大量(dl

12、ing)(dling)核核 t=0t=0 时时: : 母核数母核数 N N0 0 t=tt=t 时时: : 母核数母核数 N Ndtdt: : 衰变掉的母核数为衰变掉的母核数为 dNdN(1)(1) : : 衰变常数，由核素性质决定衰变常数，由核素性质决定与核素化学性质无关，不随外界条件变化与核素化学性质无关，不随外界条件变化(2)(2) 负号表示母核数随时间增长而减少负号表示母核数随时间增长而减少NdtdN第十四页，共二十四页。原子核与放射性-最新(3)(3) 某一核素进行某一核素进行(jnxng)(jnxng) n n 种衰种衰变变: :每种衰变常数：每种衰变常数：1 1， 2 2， n

13、n， 总衰变常数：总衰变常数：= = 1 1+2 2 + n nNdtdN母核数：单位时间内衰变掉的dtdN：衰变几率NdNteNN0衰变衰变(shuibin)(shuibin)定律定律t t0 0N NT 2T 3T 4TT 2T 3T 4TN N0 0N N0 0/2/2N N0 0/4/4第十五页，共二十四页。原子核与放射性-最新ntntt个核的寿命第第二个核的寿命第一个核的寿命:21每个核的寿命不同均值定的放射源，寿命的平平均寿命：原子核数一1三三. .半衰期半衰期 ：描述核衰变快慢的物理量：慢更常用的物理量半衰期：描述核衰变快二二. .平均寿命平均寿命(pn (pn jn shu m

14、n)jn shu mn)原子核的寿命：放射性核素衰变前存在原子核的寿命：放射性核素衰变前存在(cnzi)(cnzi)的时间的时间第十六页，共二十四页。原子核与放射性-最新半衰期半衰期: : T T0tNN e02NNtT将：，代入ln2T0.693693.0ln 20012ttTTNN eNT T 表示放射性核素衰变表示放射性核素衰变(shuibin)(shuibin)快慢，不同核素，快慢，不同核素，T T 不同不同 定义：少一半所经历的时间放射性核素的核数目减第十七页，共二十四页。原子核与放射性-最新四四. .放射性活度放射性活度dN/dtdN/dt：单位：单位(dnwi)(dnwi)时间内

15、母核衰变掉的数时间内母核衰变掉的数目目dN/dtdN/dt 放射放射(fngsh)(fngsh)掉的掉的N N 放射源越强放射源越强dtdNANteN0teA0TtA210teAA0时的放射性活度0 :0tA）贝可（秒一个核衰变：单位：BqSI1 / Bq10107 . 31Ci Ci ），居里（常用：第十八页，共二十四页。原子核与放射性-最新例例22688, 1600 . :RaTy求 ?镭的活度 1g后的活度镭经yg1600 1解解: :11-10.693ln21.37 10 1600 365 24 60 60T秒个镭原子核中有 106.02 2262322688Rag : 122688的

16、原子核数Rag个 1066.22261002.621230NCiBqNA1 1064.31000021NNCiBqNA5 .0 1082.110第十九页，共二十四页。原子核与放射性-最新例例? , 103.7 73215一周后尚存多少出厂时的放射性活度BqP 14.3 TdBqA 103.770解解: :查表查表dt 7 012tTAA3 .147721107 . 3Bq 1063. 27第二十页，共二十四页。原子核与放射性-最新例例的放射性活度铀盐求 )O(U 583gyTU92381047. 4:8428163238 )O(U 83的分子量铀盐解解: : 523883的含量中UOUggm2

17、4. 484232385: 238的原子核数目U231002.623824.4NNANT693.02391002. 623824. 46060243651047. 4693. 0Bq 1027. 54第二十一页，共二十四页。原子核与放射性-最新第五节第五节 核的裂变核的裂变(li bin)(li bin)和聚变和聚变一一. .重核裂变重核裂变 链式反应链式反应(lin (lin sh fn yng)sh fn yng)1.1.中子中子(zhngz)轰击铀轰击铀核核2.2.链式反应链式反应 重核平均结合能小于重核平均结合能小于中等质量核的平均结合能中等质量核的平均结合能重核分裂成中等重核分裂成中

18、等质量核时释放出能量质量核时释放出能量235113995192054380UnXeSrn210n23592U23592U23592U第二十二页，共二十四页。原子核与放射性-最新二二. .轻核聚变轻核聚变1.1.聚变聚变(jbin)2.2.热核反应热核反应(rhfnyng)3.3.控制控制(kngzh) 轻核聚变成为较重的核轻核聚变成为较重的核释放出巨大的能量释放出巨大的能量23411120: 17.6HHHenMeV氢弹反应式 61343012: 4.8LinHHeMeV反应式（百万度）（百万度）19671967年年6 6月月1717日日，我国爆炸第一颗氢弹，我国爆炸第一颗氢弹3.3.临界体积临界体积4.4.控制控制重水型反应堆重水型反应堆19641964年年101