第十四章 原子核和放射性課件

第十四章

原子核和放射性第十四章原子核和放射性第一節(jié)原子核的結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì)一、核的組成質(zhì)子p+eZ中子n0N核核子質(zhì)量數(shù)A=Z+N核內(nèi)核子的個數(shù)；■近似計算用Au代替核的質(zhì)量mn=1.008665u；mp=1.007276u單位量度為原子質(zhì)量單位：1u=1.6605655

10-27kg任何一個原子核都可以用符號來表示

第十四章原子核和放射性同位素：Z相同、N不同；化學(xué)性質(zhì)相同；周期表中占同一位置如2.同量異位素：A相同，Z不同的核素如3.同核異能素：A、Z相同，能量不同的核素如4.放射性核素：不穩(wěn)定的、能自發(fā)放出某種射線的核素 如＊處于激發(fā)態(tài)的核第十四章原子核和放射性二、核的大小和密度原子半徑10－10m核半徑試驗常數(shù)第十四章原子核和放射性1）核力具有飽和性只能與核內(nèi)相鄰近核子發(fā)生核力作用，而鄰近核子數(shù)是相當(dāng)有限的，核力具有明顯的飽和性。

1、核力的性質(zhì)(nuclearforce)三、原子核的性質(zhì)第十四章原子核和放射性2）核力是強相互作用每一核子的平均結(jié)合能是8Mev，而核子間的萬有引力勢能只有10-36Mev。4）核力是短程力兩核子間距大于10fm時完全無核力作用；0.8~2.0fm時表現(xiàn)為引力；小于0.8fm時為強烈的斥力作用。3）核力與核子的帶電狀況無關(guān)質(zhì)子和質(zhì)子之間，中子和中子之間，中子和質(zhì)子之間的核力是相同的。第十四章原子核和放射性2、原子核是個帶電系統(tǒng)具有動量矩和磁矩自旋在磁場的作用下，原來的一個能級分裂成幾個子能級。原子核是一個帶正電荷的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)3、原子核的能級是分立的。原子核可以處在不同的能量狀態(tài)上，即能級上，在外界作用下可以發(fā)生核能級的躍遷。第十四章原子核和放射性

原子核質(zhì)量mX總小于它所包含的質(zhì)子質(zhì)量和中子質(zhì)量之和，核子結(jié)合成原子核，質(zhì)量減少了，所減少的質(zhì)量稱為質(zhì)量虧損。

孤立核子組成原子核時所放出的能量，稱為原子核的結(jié)合能。

原子核質(zhì)量為mX，包含Z個質(zhì)子和(A-Z)個中子，實驗表明所謂“1+1

2”四、質(zhì)量虧損和結(jié)合能第十四章原子核和放射性1.質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損ΔM對應(yīng)核放出的能量（結(jié)合能）為2.結(jié)合能1u相應(yīng)的結(jié)合能：E=1u×C2=931.441MeV第十四章原子核和放射性五、原子核的穩(wěn)定性結(jié)合能表示：①核子結(jié)合成核時放出的能量；②核的穩(wěn)定程度。平均（比）結(jié)合能：例：把一個核子放入原子核里，平均釋放能量第十四章原子核和放射性原子核的平均結(jié)合能曲線第十四章原子核和放射性

為了研究原子核的不穩(wěn)定性，尋找不穩(wěn)定性與核所包含的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的關(guān)系，將核素都標(biāo)在核素圖(chartofnuclides)上。208Pb:N/Z=1.54第十四章原子核和放射性第二節(jié)原子核的放射性衰變一、衰變規(guī)律●核衰變是一隨機過程(randomprocess)，所有核衰變服從同樣的統(tǒng)計規(guī)律。衰變常量λ表示一個原子核在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的概率；1、微分關(guān)系若一種核能進行幾種類型的衰變：第十四章原子核和放射性2、積分關(guān)系放射性核素隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減第十四章原子核和放射性二、半衰期和平均壽命1、半衰期T：放射性核數(shù)衰減為原有數(shù)量的一半所需的時間單位：s；min；h；d；a第十四章原子核和放射性例題：131I用于治療甲狀腺疾病。T=8.1d。服用8.1d、16.2d、60d后，現(xiàn)有核占原有核的百分之幾？實際上，還應(yīng)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、平均壽命τ放射性核素平均生存的時間；一個核衰變前存在的時間（壽命）：0～∝?zé)o法確定；大量核用平均壽命：dN中的每個核，衰變前存在的時間都是t;dN個核的壽命之和為t(－dN)=tλNdt；N0個核的壽命總和為第十四章原子核和放射性τ為λ的倒數(shù)，約比

T大50%第十四章原子核和放射性生物半衰期Tb:由于生物代謝核素的排除生物衰變常數(shù)為λb有效衰變常數(shù)有效半衰期例：臨床上常用59Fe作血液異常檢查。已知59FeT=46.3d,Tb=65d,問服用13.5d后，殘留于體內(nèi)的放射性核素的相對量N/N0為多少？三、有效半衰期第十四章原子核和放射性四、放射性活度(A)●單位時間內(nèi)衰變的原子核數(shù)（放射性強度）單位：比活度：單位質(zhì)量放射源的放射性活度第十四章原子核和放射性例題：求5q鈾鹽(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鈾鹽中所含U的質(zhì)量

m=5×84.8%=4.24q③求鈾的原子核數(shù)N④U的放射性活度A=λN=52400Bq=1.42μCi摩爾數(shù)第十四章原子核和放射性

不穩(wěn)定的核素自發(fā)變化，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素，同時還放出一定的粒子流，這種性質(zhì)稱為放射性。放射性衰變(radioactivedecay)

不穩(wěn)定核素的自發(fā)變化，稱為原子核的衰變，或稱為原子核的放射性衰變。衰變過程中釋放出來的粒子流稱為射線。

具有放射性的同位素，稱為放射性同位素。第三節(jié)核衰變方式第十四章原子核和放射性核素穩(wěn)定性核素放射性核素天然(Z>81)人工反應(yīng)堆、加速器遵守電荷、質(zhì)量、能量、動量和核子數(shù)守恒定律。衰變能：依據(jù)質(zhì)能關(guān)系式，核衰變前后的質(zhì)量差值，將轉(zhuǎn)變?yōu)楹怂プ冞^程中所釋放的能量。轉(zhuǎn)變?yōu)樗プ兩傻乃辛Ｗ拥膭幽堋５谑恼略雍撕头派湫砸弧ⅵ盟プ兒蛢?nèi)轉(zhuǎn)換●處于激發(fā)態(tài)的原子核，在不改變組成（Z、N）的情況下，發(fā)射γ射線，躍遷到較低能態(tài)的現(xiàn)象。γ射線即為γ光子。1、γ衰變能量以γ

射線方式放出同核異能素2、內(nèi)轉(zhuǎn)換能量直接傳遞給內(nèi)層軌道電子（電離），內(nèi)轉(zhuǎn)換電子第十四章原子核和放射性二、α衰變：放出氦核●A>209重核，放射出α粒子，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌怂氐倪^程。Q主要為α粒子的動能衰變綱圖鐳氡第十四章原子核和放射性1、β－

衰變（天然，人工）●中子數(shù)過多的原子核三、β衰變（包括β+、β－

和K俘獲三種方式）第十四章原子核和放射性2、β+

衰變（人工核素）中微子：靜止質(zhì)量為零、自旋?的中性粒子，穿透力極強

22第十四章原子核和放射性3、電子俘獲(electroncapture，EC)●主要俘獲K殼層電子；●原子放出標(biāo)識X射線譜或俄歇電子。第十四章原子核和放射性第四節(jié)放射平衡和放射性核素來源●放射性平衡ABC母體核子體核孫代子體釷，鈾，錒，镎系第十四章原子核和放射性核素發(fā)生器‘母?！谑恼略雍撕头派湫匀斯し派湫院怂貋碓捶磻?yīng)堆：把適當(dāng)?shù)脑鼗蚧衔锓胚M反應(yīng)堆，利用反映堆中的大量中子照射，引起核反應(yīng)。加速器：高速帶電粒子轟擊核素，引起核反應(yīng)。第十四章原子核和放射性●帶電粒子與物質(zhì)發(fā)生3種形式的能量轉(zhuǎn)換：①能量轉(zhuǎn)換為激發(fā)能和電離能；②軔致輻射；③能量轉(zhuǎn)換為熱能（碰撞）。一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用第五節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用第十四章原子核和放射性電離比值：離子對數(shù)/cm表示電離本領(lǐng)①α粒子質(zhì)量大（不易散射）；運動速度慢；帶電量多1、電離和散射每厘米路徑上產(chǎn)生的離子對第十四章原子核和放射性②β粒子

質(zhì)量小，徑跡彎曲——散射非彈性碰撞——韌致輻射；

αβ電量2ee速度慢快電離比值4×10450例如：1Mev第十四章原子核和放射性2、射程與吸收規(guī)律●吸收：帶電粒子通過物質(zhì)時，由于電離、激發(fā)、散射和軔致輻射損失能量直至停止；●射程：粒子在物質(zhì)中被吸收前通過的最大距離。①α粒子：電離比值大，射程短；空氣中，幾厘米；生物體，幾百個微米。第十四章原子核和放射性②β粒子：電離比值小、射程長；比α粒子大

100多倍；外照射下危害大。徑跡：質(zhì)量小、易被散射，徑跡彎曲第十四章原子核和放射性二、γ(x)射線與物質(zhì)的相互作用1、光電效應(yīng)：2、康普頓效應(yīng)：3、電子對生成第十四章原子核和放射性三種作用的發(fā)生幾率低能：原子序數(shù)Z大，光電效應(yīng)為主；中能：康普頓散射為主；高能：電子對生成為主。第十四章原子核和放射性三、中子與物質(zhì)的相互作用作用方式：散射——與核碰撞——核反沖、中子減速變方向子易被含氫多的物質(zhì)吸收，水、石蠟）核反應(yīng)——打出質(zhì)子或中子、或核發(fā)生星裂高能中子用中等或重原子核的非彈性散射來慢化第十四章原子核和放射性核反應(yīng)類型：①非彈性散射(n,n)中子發(fā)射，能量減小，核處于激發(fā)態(tài)；②中子俘獲(n,γ)中子留在核內(nèi)，結(jié)合能以光子形式發(fā)射；③電荷交換

(n,p)中子留在核內(nèi)，發(fā)射出一個質(zhì)子。第十四章原子核和放射性第六節(jié)：輻射劑量與輻射防護一、照射量：單位：R照射率：單位時間的照射量dQ為x和γ光子運行在質(zhì)量為dm的干燥空氣中所形成的同一種符號離子的總電量的絕對值第十四章原子核和放射性二：吸收劑量：單位質(zhì)量的被照射物質(zhì)從射線中吸收的能量值吸收劑量率：單位時間內(nèi)的吸收劑量第十四章原子核和放射性三：劑量當(dāng)量表示各種射線或粒子被吸收后引起生