第一章 核物理

第一章核物理第1页，课件共35页，创作于2023年2月原子结构原子核中子质子电子+++第一节原子核结构第2页，课件共35页，创作于2023年2月原子核结构:X为元素符号Z为质子数N为中子数A为质量数原子核结构第3页，课件共35页，创作于2023年2月原子的能量状态：核外电子和原子核的能级第4页，课件共35页，创作于2023年2月元素、核素、同位素元素——具有相同质子数的原子，化学性质相同，但其中子数可以不同，如131I和127I；核素——质子数相同，中子数也相同，且具有相同能量状态的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分别为3种元素的5种核素；同质异能素——质子数和中子数都相同，但处于不同的核能状态原子，如99mTc、99Tc

。第5页，课件共35页，创作于2023年2月同位素——凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位素。4第6页，课件共35页，创作于2023年2月一、核力和放射性核素

原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力，核力使原子核中的核子结合在一起，同时，原子核中又存在带正电荷的质子之间的静电排斥力，原子核的稳定性由核子之间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定，与核内质子数和中子数的比例有关。

Z<20Z/N=1StabilityZ>20N/Z>1Stability

Z>83Unstability

第二节放射性衰变第7页，课件共35页，创作于2023年2月原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素(stablenuclide);原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素(radionuclide);放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程称为放射性衰变(radiationdecay)。第8页，课件共35页，创作于2023年2月+++++++++从母核中射出的4He原子核238U(铀)

4He+234Th(钍)放射性母核二、基本衰变类型1.衰变

238U→234Th+4He+Q粒子得到大部分衰变能，粒子含2个质子，2个中子第9页，课件共35页，创作于2023年2月衰变：241Am(镅)

237Np(镎)+4He第10页，课件共35页，创作于2023年2月β-衰变：3215P→3216S+

-+Ue+1.71MeV正电子衰变：137N→136C+

++υ+1.190MeVβ射线本质是高速运动的电子流发生原因——母核中子或质子过多2.衰变第11页，课件共35页，创作于2023年2月

-衰变：3H

3He+

-第12页，课件共35页，创作于2023年2月

-衰变第13页，课件共35页，创作于2023年2月正电子衰变：11C

11B+

+第14页，课件共35页，创作于2023年2月+++++++++质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷+中微子－反中微子三种子体分享裂变能——因此电子具有连续能谱第15页，课件共35页，创作于2023年2月质子变成中子X射线3.电子俘获（electroncapture）核外轨道电子第16页，课件共35页，创作于2023年2月电子俘获：7Be(铍)

7Li(锂)第17页，课件共35页，创作于2023年2月+++++++++－中微子

光子4.衰变γ衰变往往是继发于α衰变或β衰变后发生，这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原子核以放出γ-ray释放出过剩能量99Mo→99mTc+

-→99Tc+γ(T1/2:①66.02d;②6.02h)131I→131Xe+

-

+γ(T1/2:8.04d)第18页，课件共35页，创作于2023年2月衰变：99mTc

99Tc第19页，课件共35页，创作于2023年2月

射线是什麽？

射线就是高能量的光子：几百keV-MeV量级

衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在这个过程中发射

射线，原子核能态降低。

射线是高能量的电磁辐射——

光子第20页，课件共35页，创作于2023年2月衰变特点：从原子核中发射出光子常常在或衰变后核子从激发态退激时发生产生的射线能量离散可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别第21页，课件共35页，创作于2023年2月α

衰变β-

衰变β+

衰变

衰变第22页，课件共35页，创作于2023年2月对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰变，但不是所有原子在同一时刻都发生衰变，某一时刻仅有极少数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、自发的按一定的速率进行，各种放射性核素都有自己特有的衰变速度。放射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式为：N=N0e-λt

λ:decayconstantt:decaytimee:baseofnaturallogarithm三、放射性衰变基本规律第23页，课件共35页，创作于2023年2月指数衰减规律：N=N0e-t

N0：（t=0）时放射性原子核的数目N：经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目

:放射性原子核衰变常数；大小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关；数值越大衰变越快半衰期(half-live)：放射性原子核数从N0衰变到N0的1/2所需的时间N=N0e-t衰变规律第24页，课件共35页，创作于2023年2月仪器测量常用放射性活度单位：

dps:disintegrationpersecondcps:countspersecond比放射性活度：定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。单位：Bq/kg;Bq/m3;Bq/l放射性活度（activity,A)定义：单位时间内发生衰变的原子核数A=dN/dt1Bq=1次×S-11Ci=3.7×1010Bq1Ci=1000mCi第25页，课件共35页，创作于2023年2月。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。原子。。。射线(βγn)物质：气体、液体、固体、包括人体等第三节射线与物质的相互作用

第26页，课件共35页，创作于2023年2月Interactionsofchargedparticleswithmatter(α,β)Ionization电离Excitation激发Scattering散射Bremsstrahlung轫制辐射Interactionsof

-raywithmatterPhotoelectriceffect光电效应Comptonscattering康普顿散射Pairproduction电子对生成第27页，课件共35页，创作于2023年2月1.带电粒子与物质相互作用第28页，课件共35页，创作于2023年2月光电效应康普顿效应电子对效应产生次级电子电离效应次级电子使物质原子电离

射线第1步初级作用第2步次级作用2.

射线与物质相互作用第29页，课件共35页，创作于2023年2月

光电效应、康普顿效应、电子对生成第30页，课件共35页，创作于2023年2月光电效应

自由电子作用机制：光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子，壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来，成为自由电子，光子本身消失了。

γ+A

A*+e-

（光电子）

原子

A+X射线原子受激原子第31页，课件共35页，创作于2023年2月电子对效应：能量≥1.02MeV的

射线与原子核作用可能产生一对正负电子。

M＋

→M+e++e-→

1+

2

1.02MeVmeme0.511MeV0.511MeV基本条件：

射线能量E

≥1.02MeV为什麽？能量转化成质量M=E/C2第32页，课件共35页，创作于2023年2月正电子湮灭：正电子与负电子相遇发生湮灭，产生两个0.511MeV的γ光子。

e++e-→