原子核及基本粒子簡(jiǎn)介

關(guān)于原子核及基本粒子簡(jiǎn)介§12.1原子核的基本性質(zhì)一.原子核的組成1932年查德威克發(fā)現(xiàn)了中子1911年盧瑟福

建立了原子核的概念海森伯提出了原子核是由質(zhì)子和中子組成的假設(shè)ZN+說明質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子。實(shí)驗(yàn)表明，質(zhì)子是穩(wěn)定粒子，自由中子卻是不穩(wěn)定的。A=N+Z第2頁,共19頁，2024年2月25日，星期天原子序數(shù)＝原子質(zhì)子數(shù)＝原子核電荷數(shù)質(zhì)子電量＝e，中子電量＝0,核電量＝Ze核數(shù)同位數(shù)同中子異位數(shù),例：原子核近似球體。核子的深層次結(jié)構(gòu)——夸克模型。二.核自旋和磁矩

原子核的自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)和環(huán)形電流，可分別用自旋角動(dòng)量和磁矩描述。第3頁,共19頁，2024年2月25日，星期天＋＋＋＋＋＋＋按量子力學(xué)理論，原子核的自旋(角動(dòng)量)

說明I稱為自旋量子數(shù)，只能取整數(shù)或半整數(shù)分立值。gI稱為原子核g

的因子，是一個(gè)純數(shù)，其值可正可負(fù)。μN(yùn)

稱為核磁子,其大小為上式反映了角動(dòng)量的量子化和磁矩的量子化，說明核子自旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，其自旋軸方位和廣義角速度分立式的變化。三.結(jié)合能與質(zhì)量虧損理論表明:(mA=原子核的質(zhì)量)第4頁,共19頁，2024年2月25日，星期天即，質(zhì)子和中子組成原子核時(shí)，部分質(zhì)量虧損。虧損質(zhì)量：質(zhì)量虧損到哪里去？所謂質(zhì)量虧損是由于質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核過程中釋放的能量帶走了相應(yīng)的質(zhì)量。由愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系可得：釋放的能量：逆向思維去想，將原子核撞擊為質(zhì)子和中子要使用的能量是多少呢？顯然它就是上述所釋放的能量。按此，將：稱作結(jié)合能。第5頁,共19頁，2024年2月25日，星期天§12.2原子核的放射性衰變一.放射性元素1896年，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了重元素物質(zhì)鈾的放射性。時(shí)隔不久，居里夫人先后發(fā)現(xiàn)具有放射性的已知元素和新元素物質(zhì):釷、釙、鐳。放射性說明天然放射性核素60多種，人工合成的放射性核素1600多種。放射性元素放出的射線具有下列特性:居里夫人19世紀(jì)最偉大的科學(xué)家之一，發(fā)現(xiàn)了放射性元素釷、釙、鐳。兩度獲得若貝爾獎(jiǎng)。第6頁,共19頁，2024年2月25日，星期天（1）能使氣體電離；（2）能激發(fā)熒光；（3）能使照相底片感光；（4）具有很強(qiáng)的穿透能力；（5）對(duì)生物細(xì)胞具有破壞作用；二.原子核的衰變實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，各種放射性元素放出的射線包括三種不同的射線，分別命名為：、、射線。放射出這三種射線的過程稱為衰變。1.

衰變

射線實(shí)際上是帶兩個(gè)正電荷的氦核。

衰變過程可表示為：氫彈爆炸第7頁,共19頁，2024年2月25日，星期天例：鐳核數(shù)放出

射線衰變?yōu)殡薄?.

衰變

衰變中，放射性的核噴發(fā)或俘獲一些電子，稱這些電子為

粒子。

衰變有下列三種形式：

－

衰變過程中，放射性的核向外噴發(fā)電子，放出的電子來源于中子，放出電子的同時(shí)還放出一些輕的不帶電的粒子，叫反中微子。

衰變過程可表示為：例：（1）

－

衰變第8頁,共19頁，2024年2月25日，星期天（2）

＋

衰變

＋衰變過程中，放射性的核向外噴發(fā)正電子，正電子來源于質(zhì)子，放出正電子的同時(shí)還放出中微子。

＋衰變過程可表示為：例：（3）母核俘獲軌道電子的

衰變此衰變過程中，母核俘獲核外某個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)的一個(gè)電子，同時(shí)放出中微子。此衰變過程可表示為：例：第9頁,共19頁，2024年2月25日，星期天3.

衰變

衰變是原子核進(jìn)行能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子流或電磁輻射。說明

衰變總是伴隨著、衰變。

衰變只涉及到原子核各能級(jí)間的躍遷，原子核的質(zhì)量和電荷都不發(fā)生變化。三.放射性衰變規(guī)律1.指數(shù)衰變率：設(shè)dt時(shí)間內(nèi)有dN個(gè)原子發(fā)生衰變，則：衰變常量

：表示單位時(shí)間內(nèi)原子核發(fā)生衰變的概率NtN0T2T第10頁,共19頁，2024年2月25日，星期天2.半衰期和平均壽命半衰期T

：衰變掉一半原子核所需的時(shí)間。由：平均壽命

：表示每個(gè)原子核衰變前存在時(shí)間的平均值。

越小。例求經(jīng)過

時(shí)間后，剩下的原子核數(shù)為原核數(shù)的多少？解當(dāng)t=時(shí)

越大衰變?cè)铰?1頁,共19頁，2024年2月25日，星期天3.放射性活度

I一個(gè)放射源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。I反映了放射源的放射強(qiáng)弱程度。I0=

N0

為

t=0

時(shí)放射源的強(qiáng)度。常用單位居里

(Ci)，國(guó)際單位貝克勒

(Bq)1Ci＝3.7×1010

次核衰變／秒1Bq＝1

次核衰變／秒4.放射性探測(cè)放射性探測(cè)器電離式射線探測(cè)器熒光式射線探測(cè)器第12頁,共19頁，2024年2月25日，星期天G---M熒光式探測(cè)器負(fù)脈沖tI原理當(dāng)一個(gè)高速的射線粒子進(jìn)入G---M管后，和管內(nèi)惰性氣體發(fā)生作用，使其迅速被電離，產(chǎn)生一個(gè)分脈沖電流，并在電阻兩端形成一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)電壓。負(fù)脈沖的平均頻率正比于放射性活度（I0標(biāo)準(zhǔn)物放射性活度。）第13頁,共19頁，2024年2月25日，星期天§12.3放射生物物理學(xué)簡(jiǎn)介電離輻射可產(chǎn)生多種生物學(xué)作用,例:促使細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)治療或?qū)е履[瘤誘發(fā)遺傳變異消滅病蟲害和疾病診斷等一.電離輻射的直接作用和間接作用直接作用:損傷生物體內(nèi)某一特殊的生物結(jié)構(gòu)體(如DNA)間接作用:通過內(nèi)部傳遞或能量釋放引起其它生物結(jié)構(gòu)損傷.二.輻射生物學(xué)效應(yīng)進(jìn)程生物體受到電離輻射時(shí)經(jīng)理下列幾個(gè)階段第14頁,共19頁，2024年2月25日，星期天物理學(xué)階段:分子空間分布及物理形狀發(fā)生變異物理化學(xué)階段:經(jīng)過一系列復(fù)雜反應(yīng),生成次級(jí)物生物學(xué)階段:進(jìn)一步相互反應(yīng),引起周圍物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化.生物機(jī)體效應(yīng)階段:產(chǎn)生宏觀的生物體效應(yīng).()()()(數(shù)秒若干年

)三.輻射生物學(xué)效應(yīng)的特點(diǎn)不存在閥植劑量輻射能量高效率第15頁,共19頁，2024年2月25日，星期天四.放射劑量照射劑量吸收劑量相對(duì)生物效應(yīng)(X單位:倫琴.符號(hào):R)(D單位:格雷.符號(hào):Gy)(RBE單位:雷姆.符號(hào):Ｒem)第16頁,共19頁，2024年2月25日，星期天五.放射性同位數(shù)在農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)中的應(yīng)用示蹤原子的利用：同過對(duì)生物對(duì)象的特殊‘標(biāo)記’，可以追蹤生物對(duì)象的變異情況，觀測(cè)變異過程．核輻射技術(shù)的應(yīng)用：（１）低劑量輻射刺激增產(chǎn)（２）打劑量的抑制和殺蟲作用活化分析一定條件照射測(cè)量對(duì)象后，測(cè)定所生成的放射性核素的活度或放出射線的能量，可確定待測(cè)元素的含量和種類．待測(cè)試樣的某種含量可由相對(duì)比較法求