山东大学课程

1、第十四章 原子核和放射性第一节 原子核的结构与基本性质一、核的组成质子 p +e Z中子 n 0 N核核子质量数A = Z + N 核内核子的个数；近似计算用 Au代替核的质量mn=1.008665u；mp=1.007276u单位量度为原子质量单位：1u=1.660565510-27 kg 任何一个原子核都可以用符号来表示 同位素：Z相同、N不同； 化学性质相同； 周期表中占同一位置如2. 同量异位素：A 相同，Z 不同的核素如3. 同核异能素：A、Z 相同，能量不同的核素如4. 放射性核素：不稳定的、能自发放出某种射线的核素如 处于激发态的核二、核的大小和密度原子半径1010 m核半径试验常

2、数1）核力具有饱和性只能与核内相邻近核子发生核力作用，而邻近核子数是相当有限的，核力具有明显的饱和性。 1、核力的性质(nuclear force)三、原子核的性质 2） 核力是强相互作用 每一核子的平均结合能是8Mev，而核子间的万 有引力势能只有10-36Mev。 4） 核力是短程力两核子间距大于10 fm时完全无核力作用；0.82.0 fm时表现为引力；小于0.8 fm时为强烈的斥力作用。 3） 核力与核子的带电状况无关 质子和质子之间，中子和中子之间，中子和质子之间的核力是相同的。2、 原子核是个带电系统具有动量矩和磁矩自旋在磁场的作用下，原来的一个能级分裂成几个子能级。原子核是一个带

3、正电荷的旋转系统3、原子核的能级是分立的。原子核可以处在不同的能量状态上，即能级上，在外界作用下可以发生核能 级的跃迁。 原子核质量mX总小于它所包含的质子质量和中子质量之和，核子结合成原子核，质量减少了，所减少的质量称为质量亏损。 孤立核子组成原子核时所放出的能量，称为原子核的结合能。 原子核 质量为mX，包含Z个质子和(A-Z)个中子，实验表明 所谓“1+12”四、质量亏损和结合能1. 质量亏损质量亏损M 对应核放出的能量（结合能）为2. 结合能1u 相应的结合能：E = 1uC2 = 931.441MeV五、原子核的稳定性结合能表示：核子结合成核时放出的能量； 核的稳定程度。平均（比）结

4、合能：例：把一个核子放入原子核里，平均释放能量原子核的平均结合能曲线 为了研究原子核的不稳定性，寻找不稳定性与核所包含的质子数和中子数的关系，将核素都标在核素图(chart of nuclides )上。 208Pb : N/Z = 1.54第二节 原子核的放射性衰变一、衰变规律核衰变是一随机过程 (random process)， 所有核衰变服从同样的统计规律。衰变常量表示一个原子核在单位时间内发生衰变的概率；1、微分关系若一种核能进行几种类型的衰变：2、积分关系放射性核素随时间按指数规律衰减二、半衰期和平均寿命1、半衰期 T：放射性核数衰减为原有数量的一半所 需的时间单位：s；min；h；

5、d；a例题：131I 用于治疗甲状腺疾病。T=8.1d。服用 8.1d、16.2d、60d后，现有核占原有核的百分之几？实际上，还应以180 天的生物半衰期 Tb 逐步排泄。2、平均寿命放射性核素平均生存的时间；一个核衰变前存在的时间（寿命）：0无 法确定；大量核用平均寿命：dN中的每个核，衰变前存在的时间都是 t ;dN个核的寿命之和为 t (dN) = tNdt ；N0 个核的寿命总和为为的倒数，约比 T 大 50%生物半衰期 Tb :由于生物代谢核素的排除生物衰变常数为b有效衰变常数有效半衰期例：临床上常用 59Fe 作血液异常检查。已知 59Fe T=46.3d, Tb=65d, 问服

6、用 13.5d 后，残留于体内的放射性核素的相对量 N/N0 为多少？三、有效半衰期四、放射性活度 (A)单位时间内衰变的原子核数（放射性强度）单位：比活度：单位质量放射源的放射性活度例题：求 5q 铀盐(U3O8)的放射性活度 (TU = 4.47109 a)求 U 在 U3O8 中所占的百分比 U分子量 = 238 U3O 8分子量 = 2383+168 = 842求 5q 铀盐中所含 U 的质量 m = 584.8% = 4.24q求铀的原子核数 N U 的放射性活度 A = N = 52400Bq = 1.42Ci摩尔数 不稳定的核素自发变化，转变为另一种核素，同时还放出一定的粒子流，

7、这种性质称为放射性。放射性衰变(radioactive decay) 不稳定核素的自发变化，称为原子核的衰变，或称为原子核的放射性衰变。衰变过程中释放出来的粒子流称为射线。 具有放射性的同位素，称为放射性同位素。第三节 核衰变方式核素稳定性核素放射性核素天然 (Z 81)人工反应堆、加速器遵守 电荷、质量、能量、动量和核子数守恒定律。衰变能：依据质能关系式，核衰变前后的质量差值，将转变为核衰变过程中所释放的能量。转变为衰变生成的所有粒子的动能。一、衰变和内转换处于激发态的原子核，在不改变组成（Z、N）的情况下，发射射线，跃迁到较低能态的现象。射线即为光子。1、衰变 能量以 射线方式放出同核异能

8、素2、内转换 能量直接传递给内层轨道电子（电离），内转换电子二、衰变：放出氦核A 209重核，放射出粒子，转变为其他核素的过程。Q主要为粒子的动能衰变纲图镭氡1、 衰变（天然，人工）中子数过多的原子核三、衰变 （包括+、 和K俘获三种方式）2、 + 衰变 （人工核素） 中微子：静止质量为零、自旋 的中性粒子，穿 透力极强 223、电子俘获 (electron capture，EC)主要俘获K壳层电子；原子放出标识 X 射线谱或俄歇电子。第四节 放射平衡和放射性核素来源放射性平衡ABC母体核子体核孙代子体钍，铀，锕，镎系核素发生器 母牛人工放射性核素来源反应堆：把适当的元素或化合物放进反应 堆，

9、利用反映堆中的大量中子照 射，引起核反应。加速器：高速带电粒子轰击核素，引起核 反应。带电粒子与物质发生3种形式的能量转换：能量转换为激发能和电离能；轫致辐射；能量转换为热能（碰撞）。一、带电粒子与物质的相互作用第五节 射线与物质的相互作用电离比值：离子对数 / cm 表示电离本领粒子 质量大（不易散射）； 运动速度慢； 带电量多1、电离和散射每厘米路径上产生的离子对粒子 质量小，径迹弯曲散射 非弹性碰撞韧致辐射 ； 例如：1Mev2、射程与吸收规律吸收：带电粒子通过物质时，由于电离、激发、散射和轫致辐射损失能量直至停止；射程：粒子在物质中被吸收前通过的最大距离。粒子：电离比值大，射程短；空气

10、中，几厘米；生物体，几百个微米。粒子：电离比值小、射程长；比粒子大 100多倍；外照射下危害大。径迹：质量小、易被散射，径迹弯曲二、(x) 射线与物质的相互作用1、光电效应：2、康普顿效应：3、电子对生成三种作用的发生几率低能：原子序数Z大， 光电效应为主；中能：康普顿散射为主；高能：电子对生成为主。三、中子与物质的相互作用作用方式：散射与核碰撞核反冲、中子减 速变方向子易被含氢多的物质吸收，水、 石蜡） 核反应打出质子或中子、或核发生 星裂高能中子用中等或重原子核的非弹 性散射来慢化核反应类型：非弹性散射 ( n , n ) 中子发射，能量减小，核处于激发态；中子俘获 ( n , ) 中子留在核内，结合能以光子形式发射；电荷交换 ( n , p ) 中子留在核内，发射出一个质子。 第六节：辐射剂量与辐射防护一、照射量：单位：R照射率：单位时间的照射量dQ为x和光子运行在质量为dm的干燥空气中所形成的同一种符号离子的总电量的绝对值二：吸收剂量： 单位质量的被照射物质从射线中吸收的能量值吸收剂量率：单位时间内的吸收剂量三：剂量当量表示各种射线或粒子被吸收后引起生物效应