原子核与放射性

原子核与放射性第一页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节一、原子结构原子是由一个原子核和绕核旋转的若干电子组成。原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部原子的质量（核外电子质量与核的质量相比是非常小的），但只占整个原子体积的极小部分。原子的正电荷电量为Ze（Z为原子序数，e为电子电量）；在正常情况下，核外有Z个电子，其总的负电量也为Ze。

第二页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节一、原子结构玻尔原子结构三个基本假设

1、式中ｍ为电子的质量，ｒ为圆周轨道半径，ｖ为电子运动的速率，ｈ为普朗克常数，ｎ叫量子数，可以取１、２、３­…等整数值。２、当电子在上述任何一个轨道上运动时，原子处于稳定状态并不向外辐射能量。

第三页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节一、原子结构玻尔原子结构三个基本假设

３、电子由一个轨道过渡到另一个轨道时，原子的能量状态发生变化，同时发射或吸收一个光子。发射或吸收光子的能量hγ等于原子能量的变化，即第四页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节一、原子结构氢原子核外电子的各条可能轨道的半径，及电子在各条轨道上运动时的能量

式中的r1、、Ｅ1分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，rn、En分别代表第n条可能轨道的半径和电子在第n条轨道上运动时的能量。

第五页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节一、原子结构原子能够处于一系列不连续的能量状态中，这些能量状态通常叫做原子能级。在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。如果受到外界的作用原子会吸收一定的能量从基态跃迁到高能级，这些定态叫做激发态。

第六页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节二、

原子核的组成及基本性质

原子核是由质子和中子组成的，两者统称为核子。

中子用符号n表示，它是电中性的，其质量是电子质量的1836.6倍。质子用符号p表示，它就是氢核，带有正电荷，在数值上与电子的负电量相等。质子的质量是电子质量的1836.1倍，与中子的质量近似相等

第七页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节二、

原子核的组成及基本性质通常把具有不同原子核组成的各种元素统称为核素，用符号表示。这里X是元素符号，左下角Z标明核内的质子数，也称核电荷数或原子序数；左上角的A标明核内质子数和中子数之和，亦即核子总数，又称质量数。质子数相同，中子数不同的核素称为同位素。

第八页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节二、

原子核的组成及基本性质原子核的几个基本性质：１、原子核的电荷：原子核的一个重要特征是它所带的电量。原子核带正电，数值总是最小电量单位的整倍数。这个倍数同元素周期表中的原子序数Z是一致的。

２、原子核的质量：原子核的另一个重要特征是它的质量。对原子核的描述或进行某些计算时，往往用整个中性原子的质量数值。原子的总质量等于原子核的质量加核外电子的质量，再减去相当于电子全部结合能的数值。

第九页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节二、原子核的组成及基本性质３、原子核的成分：原子核是由质子和中子两种粒子组成的。质子和中子的质量数都是1，所以原子核的质量数也代表构成这个原子核的质子和中子的总数。代表原子核电量的Z也代表核内的质子数。N=A－Z是核内的中子数。质子和中子统称核子。４、原子核的大小：实验证明原子核的半径在米的数量级。

第十页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节三、质量亏损与结合能１、原子核的质量亏损

原子核的质量，应该等于组成原子核的核子质量的总和，但是从实验测得的结果恒小于这一数值。如以Mp、Mn和MA分别表示质子、中子和原子核的质量，则核子质量的总和与原子核质量的差值，叫作原子核的质量亏损，以ΔM表示，即ΔM=ZMp＋(A－Z)Mn－MA

第十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节三、质量亏损与结合能２、原子核的结合能核子结合成原子核，质量为什么会减少呢？按照相对论原理，质量与能量相联系，当质子和中子组成原子核时，应有大量的能量释放出来，这一能量就是原子的结合能，其值为

ΔE=ΔMc2

式中，c为光速，ΔM为原子核的质量亏损。

第十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第1节三、质量亏损与结合能每个核子的平均结合能为

第十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第2节原子核的衰变类型及衰变规律

一、原子核的衰变类型

二、放射性衰变定律

第十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第2节一、原子核的衰变类型

我们把铀、镭等核素所具有的、能放出某种射线的性质称为放射性。自然界中天然存在的某些核素能够不断放出上述射线，常称为天然放射性。这些核素则称为天然放射性核素或天然放射性同位素。自然界的一些重核素如铀、镭等，它们的原子核自发地放出某种射线后转变成其它的核素，这种现象叫原子核的衰变。

第十五页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第2节一、原子核的衰变类型α射线，α粒子是带正电的氦核；放射α粒子而发生的衰变过程叫α衰变。若用X代表母体，Ｙ代表子体，其衰变反应式如下Q是核衰变过程中所放出的能量，叫衰变能。α衰变所形成的子体，其电荷数比母体少了２个，质量数减少了４，所以在元素周期表中的位置比母体前移两个位置。第十六页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第2节一、原子核的衰变类型β射线，β粒子是高速的电子；放射β粒子的衰变过程叫β衰变。其衰变反应式如下：

β衰变时，在放出一个电子的同时，还放出一个中微子。β衰变所形成的子体，其电荷数比母体增加了１，质量数不变，所以在元素周期表中的位置比母体向后移一位，

第十七页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第2节一、原子核的衰变类型γ射线，γ射线是波长比X射线更短的电磁辐射。原子核由高能态向低能态跃迁时放出γ光子的现象叫γ跃迁（衰变）。

第十八页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第2节二、放射性衰变定律

如果以N0表示在ｔ＝０时的母体核数，经过数学运算可知，

这个公式指出，放射性核素是随时间按指数函数规律而衰变的，这就是放射性衰变定律。这一定律可用曲线表示。曲线的陡度即下降速度决定于衰变常数λ的大小。λ值越大，曲线下降越快，母体衰变的速度越快。

第十九页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第2节二、放射性衰变定律除了用衰变常数表示每种原子核衰变的快慢外，在实际应用中常用到另一个物理量——半衰期。半衰期的定义是：放射性原子核的数量衰减到原来的一半所经历的时间。通常用Ｔ表示。半衰期和衰变常数λ成反比，衰变常数越大，则半衰落期越短，放射性核素衰变的越快。

第二十页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第3节放射性核素在医学上的应用

一、放射性核素在医学上的应用

１、示踪原子

2、利用放射性核素进行治疗

二、放射线的防护

第二十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第3节一、放射性核素在医学上的应用

示踪原子放射性核素由于放出容易被测到的射线，无形中带上一种特殊的标记，使得它的踪迹容易被放射性探测仪器观测出来。因此当放射性物质和稳定物质混在一起时，可借以测出稳定物质在各种变化过程中的变动情况。此种作用称为示踪原子作用。

第二十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第3节二、放射线的防护

１、尽量使用放射性强度小的放射源。２、接触放射源的强度与射线的照射量成正比。为了减少操作人员的照射剂量，在不影响工作的情况下，应尽量缩短接触时间。３、增加离放射源的距离。根据放射性强度与距离平方成反比的特点，可以采用远离放射源操作的方法来达到防护的目的。一般可使用长柄钳或机械手等操作工具。４、外照射一般应进行屏蔽防护。

第二十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第4节基本粒子简介一、描述基本粒子特性的物理量

二、基本粒子的分类及相互转变

三、物质的无限可分性

第二十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第4节一、描述基本粒子特性的物理量

１、质量：一般是以电子的静止质量ｍe为单位来表示。２、电荷：以电子的电量作为单位来表示，例如电子的电荷为－１，而质子的电荷为＋１。３、寿命：很多基本粒子都是不稳定的，可以自发地衰变为其他粒子，因此我们说每一粒子具有一定的寿命。一般是以同一类粒子的平均寿命来表示。在已发现的三百多种基本粒子中，绝大部分是寿命非常短（秒）的粒子，叫做共振态粒子。寿命较长（秒以上）的基本粒子，叫基态粒子。４、自旋：每一粒子都具有自旋动量矩，可以用自旋量子数表示。自旋量子数简称自旋.

第二十五页，共二十六页，编辑于2023年，星期二第4节二、基本粒子的分类及相互转变

１、光子族：只有光子一种，它的静止质量为零，自旋量子数为１。２、轻子族：质量较轻，自旋量了数为1/2。轻子族