第十四章 原子核和放射性课件

第十四章

原子核和放射性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+eZ中子n0N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=1.6605655

10-27kg任何一个原子核都可以用符号来表示

第十四章原子核和放射性同位素：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＊处于激发态的核第十四章原子核和放射性二、核的大小和密度原子半径10－10m核半径试验常数第十四章原子核和放射性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(nuclearforce)三、原子核的性质第十四章原子核和放射性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10fm时完全无核力作用；0.8~2.0fm时表现为引力；小于0.8fm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。第十四章原子核和放射性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。第十四章原子核和放射性

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+1

2”四、质量亏损和结合能第十四章原子核和放射性1.质量亏损质量亏损ΔM对应核放出的能量（结合能）为2.结合能1u相应的结合能：E=1u×C2=931.441MeV第十四章原子核和放射性五、原子核的稳定性结合能表示：①核子结合成核时放出的能量；②核的稳定程度。平均（比）结合能：例：把一个核子放入原子核里，平均释放能量第十四章原子核和放射性原子核的平均结合能曲线第十四章原子核和放射性

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(chartofnuclides)上。208Pb:N/Z=1.54第十四章原子核和放射性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(randomprocess)，所有核衰变服从同样的统计规律。衰变常量λ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：第十四章原子核和放射性2、积分关系放射性核素随时间按指数规律衰减第十四章原子核和放射性二、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；d；a第十四章原子核和放射性例题：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。第十四章原子核和放射性2、平均寿命τ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)=tλNdt；N0个核的寿命总和为第十四章原子核和放射性τ为λ的倒数，约比

T大50%第十四章原子核和放射性生物半衰期Tb:由于生物代谢核素的排除生物衰变常数为λb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59FeT=46.3d,Tb=65d,问服用13.5d后，残留于体内的放射性核素的相对量N/N0为多少？三、有效半衰期第十四章原子核和放射性四、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第十四章原子核和放射性例题：求5q铀盐(U3O8)的放射性活度(TU=4.47×109a)①求U在U3O8中所占的百分比

U分子量

=238U3O8分子量

=238×3+16×8=842②求5q铀盐中所含U的质量

m=5×84.8%=4.24q③求铀的原子核数N④U的放射性活度A=λN=52400Bq=1.42μCi摩尔数第十四章原子核和放射性

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，这种性质称为放射性。放射性衰变(radioactivedecay)

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。第三节核衰变方式第十四章原子核和放射性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。第十四章原子核和放射性一、γ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γ射线，跃迁到较低能态的现象。γ射线即为γ光子。1、γ衰变能量以γ

射线方式放出同核异能素2、内转换能量直接传递给内层轨道电子（电离），内转换电子第十四章原子核和放射性二、α衰变：放出氦核●A>209重核，放射出α粒子，转变为其他核素的过程。Q主要为α粒子的动能衰变纲图镭氡第十四章原子核和放射性1、β－

衰变（天然，人工）●中子数过多的原子核三、β衰变（包括β+、β－

和K俘获三种方式）第十四章原子核和放射性2、β+

衰变（人工核素）中微子：静止质量为零、自旋½的中性粒子，穿透力极强

22第十四章原子核和放射性3、电子俘获(electroncapture，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。第十四章原子核和放射性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，镎系第十四章原子核和放射性核素发生器‘母牛’第十四章原子核和放射性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，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。第十四章原子核和放射性●带电粒子与物质发生3种形式的能量转换：①能量转换为激发能和电离能；②轫致辐射；③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第十四章原子核和放射性电离比值：离子对数/cm表示电离本领①α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第十四章原子核和放射性②β粒子

质量小，径迹弯曲——散射非弹性碰撞——韧致辐射；

αβ电量2ee速度慢快电离比值4×10450例如：1Mev第十四章原子核和放射性2、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。①α粒子：电离比值大，射程短；空气中，几厘米；生物体，几百个微米。第十四章原子核和放射性②β粒子：电离比值小、射程长；比α粒子大

100多倍；外照射下危害大。径迹：质量小、易被散射，径迹弯曲第十四章原子核和放射性二、γ(x)射线与物质的相互作用1、光电效应：2、康普顿效应：3、电子对生成第十四章原子核和放射性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。第十四章原子核和放射性三、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第十四章原子核和放射性核反应类型：①非弹性散射(n,n)中子发射，能量减小，核处于激发态；②中子俘获(n,γ)中子留在核内，结合能以光子形式发射；③电荷交换

(n,p)中子留在核内，发射出一个质子。第十四章原子核和放射性第六节：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γ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第十四章原子核和放射性二：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第十四章原子核和放射性三：剂量当量表示各种射线或粒子被吸收后引起生