华中农业大学同位素示踪技术讲课提纲二

1、第一章第一章 核衰变核衰变 一、几个概念：一、几个概念： 1、 同位素（同位素（Isotope）如：）如：1H、2H、3H 互为同位素互为同位素 2、同量异位素（、同量异位素（Isobar）如：）如：48Ca、48Ti 3、同中子异位素（、同中子异位素（Isotones）如：）如：3H、4He 4、同质异能素（、同质异能素（Isomer）如：）如：69Co、69mCo5、放射性同位素（、放射性同位素（Radioisotope）：）：6、天然同位素（、天然同位素（Natrural radioisotope）7、人工同位素（、人工同位素（Arcificial radioisotope）8、稳定性同

2、位素（、稳定性同位素（Staber isotope）9、核衰变核衰变（Nucleon decay）：）： 一种核自发地转变成另外核并伴有一种核自发地转变成另外核并伴有 辐射发生的过程。辐射发生的过程。 二、核衰变的特点：二、核衰变的特点：1、衰变具随机性，是一个机率过程。、衰变具随机性，是一个机率过程。 2、衰变不受外界条件的影响。、衰变不受外界条件的影响。 3、衰变时放出的射线可使气体电离、衰变时放出的射线可使气体电离、 乳乳胶变黑、使荧光物质发光、胶变黑、使荧光物质发光、 周围周围 物质温物质温度变高等。度变高等。4、 衰变时放出的射线具有一定能量，衰变时放出的射线具有一定能量， 且一种核

3、衰变的射线具有稳定的且一种核衰变的射线具有稳定的 半衰期。半衰期。5、 衰变的核有的稳定，有的不稳定。衰变的核有的稳定，有的不稳定。 母核：衰变前的核母核：衰变前的核 子核：衰变后生成的新核（第一、子核：衰变后生成的新核（第一、 二、三代等）二、三代等） 衰变图：衰变图：三、核衰变的种类三、核衰变的种类 1、 衰变（衰变（Alpha） AZX A-4Z-2Y+ +Q AZX 母核母核 A-4Z-2Y 子核子核 出射粒子出射粒子 Q 能量能量例：例：22688Ra 22286Rn + 42He（） （镭（镭 氡）氡）2、 - 衰变衰变(Beta-negatron) nP+-+Q+V -：负电子：

4、负电子 n：中子：中子 P：质子：质子 V：反中微子：反中微子 AZX AZ+1Y+-+Q+V 例：例：3215P3216S+ A 、 -粒 子 实 质 是 电 子 ， 质 量 为粒 子 实 质 是 电 子 ， 质 量 为 0.000549u,带一个负电荷。带一个负电荷。 B、-粒子比核的质量小几千倍粒子比核的质量小几千倍几十万几十万倍，因此，倍，因此，-粒子从原子核带走的能量很少。粒子从原子核带走的能量很少。 C、-粒子的能谱是一个连续值，粒子的能谱是一个连续值，E-的值的值可以从可以从0最大值。最大值。 D、 E0是是-粒子的最大能量值，一般图表粒子的最大能量值，一般图表上给上给E-即是即

5、是E0. 3、 +衰变衰变(Beta-pasitron) +:正电子正电子 Pn+Q+V AZXAZ-1Y+Q+V V：中微子：中微子 4、 电子俘获电子俘获 （Electeon Capture EC） P+e-n+v AZX+e- AZ-1Y+Q+V 例：例：5526Fe+e-5525Mn 5、衰变衰变（Gamma ray decay） AZXmAZX+ 例例 6027Co6028Ni+ 钴钴 11349In11349In+ 铟铟 6028Ni+ 镍镍衰变形式衰变形式 放出射线放出射线 原子序数变化原子序数变化 原子质量数变化原子质量数变化 42He -2 -4 - e-(负电子负电子) +

6、1 0 + e+(正电子正电子) -1 0 hr（光子）（光子） 0 0 Ec hr（光子）（光子） -1 0四、放射性核衰变的结果四、放射性核衰变的结果 N=N0e-t式中：式中：N0t=0时原子核数时原子核数 N经过时间经过时间t后剩余原子核数后剩余原子核数 e自然对数底自然对数底 衰变常数衰变常数 t衰变经过的时间衰变经过的时间：单位时间内平均每个核衰变的机率：单位时间内平均每个核衰变的机率 S-1五、核衰变定律五、核衰变定律（Radiactive decay Lan） 例：例：32P =1/1782850秒秒-1=5.610-7秒秒-1 60Co =1/239364155秒秒-1=4.

7、1810-9秒秒-1 越大，该核素越不稳定，因此，越大，该核素越不稳定，因此，32P比比60Co 活跃些。活跃些。 六、两个重要概念：六、两个重要概念： 衰变常数衰变常数（Decay comstant）: 单位时间内每个核衰变的机率。单位时间内每个核衰变的机率。 单位：秒单位：秒-1 天天-1由上式：由上式：N=1/2No e-t （当（当t =T） 所以：所以：T= Ln/= 0.693/ N=N0e-t 半衰期半衰期（Half Life）:T1/2 T N0衰变到一半所需用时间。衰变到一半所需用时间。 单位：单位：s、m、h、 d、y 七、七、 放射性强度的单位：放射性强度的单位： 1、

8、放射性强度放射性强度（Radioactivety）：又）：又:放射性活度放射性活度 单位时间内发生的核衰变数单位时间内发生的核衰变数 A=An . e-t 式中：式中：A0衰变前放射性强度衰变前放射性强度 A衰变后放射性强度衰变后放射性强度 e,t：(核衰变定律中的意义核衰变定律中的意义)单位：单位：1、贝克勒尔（贝克勒尔（Becguerel）:贝克贝克 1Bq=1个衰变个衰变/秒秒2、居里（居里（Curie、Ci、C）1Ci=3.7 1010Bq 1uCi=3.7 104Bq又可见又可见:dpm（Decay per minute) dps(Decay per second) 1dps=1Bq

9、 2、 比强度（比强度（Specific activity） a 单位数量放射性物质的放射性强度单位数量放射性物质的放射性强度 a=A/mg a=Ci/g 八、八、 多次衰变多次衰变ABCS式中：式中：S：稳定性核素，其余具放射性。：稳定性核素，其余具放射性。 例如：例如：23892u23490Th23491Pa23492u206Pb 铀铀 钍钍 镁镁 铅铅射线射线 径迹径迹射程射程 电比离度电比离度 LET 直线直线 气：气：2.4-11cm生物：生物：0.030.07mm 30000离子离子对对/cm 大大曲线曲线 气气:几十几十Cm几几m 60-100离离子对子对/Cm中中直直-曲线曲线

10、 气气:几十几十m金属：几十金属：几十Cm几几m很少，很少，的的1% 小小（接上表）（接上表）九、射线与物质的相互作用九、射线与物质的相互作用1.几种射线的性质几种射线的性质 射线射线 速度速度电荷电荷静止质量静止质量（amu） E（mev） 能谱能谱 1/20C 24.0027 2-8.85 单值单值 1/3C 10.00549 0-最大最大 连续值连续值 C 00约等于核约等于核二能级单二能级单值之差值之差 单值单值 2、 带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用 （1）电离（）电离（Ionization） 离子对、直接电离、间接电离离子对、直接电离、间接电离 （2）激发）激发(E

11、xcitation) （3） 散射（散射（Seatteriong） （4） 吸收（吸收（Alsorption） （5）切伦科夫辐射（）切伦科夫辐射（Cerenkov radiation） （6）韧致辐射（）韧致辐射（Bremsstrahluny） 3、 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 （1）光电效应（）光电效应（Photoelectric effect） 射线被物质吸收（能量交给一个电射线被物质吸收（能量交给一个电子），发射出电子（子），发射出电子（Ee=Er-结合能）结合能）。 （2）康普顿效应（）康普顿效应（Compton effect） 产生较低能量的产生较低能量的射线改变方向

12、，发射线改变方向，发射出电子射出电子Ee = Er - Er-结合能，完成光结合能，完成光电效应后被吸收。电效应后被吸收。 (3) 产生电子对（产生电子对（Pair production）射线消失（射线消失（Er1.022Mer）,产生电子和产生电子和正 电 子 （ 二 者 又 可 结 合 转 化 为正 电 子 （ 二 者 又 可 结 合 转 化 为Er=0.511Mev光子）。光子）。 正负电子正负电子E=1/2（Er-1.022Mev） 光子光子Er7Mev可产生原子核反应可产生原子核反应 4、 中子与物质的相互作用中子与物质的相互作用 （1） 中子：中子： 冷中子：冷中子：En20Mev A. 中子不