医用物理学PPT第十五章 原子核和放射性课件

226 88
Ra
的衰变图
核衰变方程
226 88
Ra

28262Rn

24α

Q
226 86
Ra
222 84
Rn
m
γ2
γ1
α3 α 2 α1
0.186
222 84
Rn
m
222 84
Rn
α 3 ,0.3MeV (0.0065%) α 2 ,4.598MeV (5.4%) α1,4.784MeV (94.6%)
A - dN dt
N N 0 e t
A A0 e t
用半衰期表示：
t
A

A0
(
1 2
)
T1
/
2
五、放射性平衡
λ1
λ
dN1
dN 2
第一代
母核
子核
N
平衡时：dN1 dN 2 N保持不变
第二代 子核
例1：设一台60 Co - 刀初装时的总
活度为6040Ci，使用5年后，钴源活 度还剩相当于多少Bq ?,其平均寿命 为多少年？(已知CO的半衰期为5.27 y)
一、衰变
核衰变时放出射线，重核衰变为轻的 核的过程。
核衰变方程 母核
A Z
X
az42Y
24α

Q
子核
He核
衰变能
衰变能 Q (mx my mα )c2
衰变放出的衰变能主要反映在粒子的动能，子核 动能较小。核衰变后，子核一般处于基态，也可处激发态。 粒子的能谱特点：为分立的能谱。
体血液的体积。
解：设人血的体积为V
刚注入时1ml的血中的活度为120000 Bq 1 V
5小时后1ml的血中活度为16Bq
0.693t
据A A0e , 有 T1/ 2
16

120000
e
0.6935
15
,
得V
5953ml
1 V
§14-4 射线与物质的相互作用
射线可分成三类 带电粒子 ： α粒子、β粒子 中性粒子： 中子 光子类： γ光子
一、带电粒子与物质的相互作用
激发：如果电子获得的能量不足以使它 脱离原子，而只能使它从低能级跃迁到高能 级，这一过程称为激发。
退激时以光的形式向外辐射能量或转化 为热能。
散射：当带电粒子通过物质时，因受核 静电场的作用而改变方向，这一过程称为散 射。
散射前后能量不变，称弹性散射。 散射前后能量改变，称非弹性散射。 粒子的散射作用要比粒子散射作用强
的因素，为此引入b ,放射性核素的排出率，表示单位时
间内从体内排出的原子核数与当时存在核数之比。
反映衰变快慢情况的衰变常数可写为
e
b
1 Te
1 T1/ 2
1 Tb
,
Te

TbT1/ 2 T1/ 2 Tb
,
Te 称有效半衰期，e 称有效衰变常数
三、平均寿命
设：t时刻的核数为N,
931.494MeV
平均结合能愈大，核子成核时放出的能量就愈多，核的结 合就愈紧密，原子核就愈稳定。分布情况如下：
轻核 A<30时，平均结合能较小且呈现周期性，当A为 4的倍数时有最大值。
重核 A>120，较小 中等核 平均结合能变化不大，但较大，约为8.6MeV
三、原子核的稳定性
核的稳定性随中子数和质子数增加而表现出周期性变化
标记原子核 用
A Z
X
AX
A核的质量数，Z 核电荷数，X元素符号
对于原子核有
A p n , Z p, n A Z
Z、N和能量状态都相同的原子核或原子的集合称
为一种核素，记
A Z
X
原子量A不同，Z相同核素称为同位素
1 1
H
,12
H
Z和N相同而处于不同能量状态的核素称为同质异
能素 9493Tc,9493Tc m
-衰变
32 15
P1362S
β


v

Q
+衰变
13 7
N
163C
β


v

Q
K俘获
55 26
Fe

β

2555Mn

v

Q
电子俘获时会伴随标识X射线或 俄歇电子产生。
当高能级的电子跃迁到低能级 时，其多余的能量直接转移给同一 能级的另一电子，而不辐射X射线， 使该电子电离，这种电子称为俄歇 电子
幻数：当中子数和质子数为2、8、20、50、82、126， 等数时最稳定。 偶偶核 奇偶核 奇奇核
§14-2 放射性核素的衰变种类
核的放射性是贝克勒尔在1896年首先发现的。偶然中发 现铀盐使包好的底片感了光，并很快确认为一种来自核的新 的射线，它可使气体电离。
1897年居里夫人选择放射性作为自已的博士论文，相继 发现钍也具有贯穿辐射，她相信既然不止一种元素能自发地 放出辐射，这又是一种原子现象，具有普通性，为此首次提 出了“放射性”一词。并在1898年发现镭和钋。 目前已知元素109种，核素有2500多种，90%为放射性核素。
解：因为：t 5y, A0 6040Ci 2.24 1014 Bq
0.693t
据：A A0e , T1/ 2
得
0.6935
A 224 e 5.27
116 1012 Bq
例1：设一台60 Co γ - 刀初装时的总 活度为6040Ci，使用5年后，钴源活 度还剩相当于多少Bq ?,其平均寿命 为多少年？
内转换: 处于激发态的原子核有时以
另一方式释放能量。即跃迁到基 态时并不发射射线，而是把全 部能量交给核外电子，使核外电 子电离，这一过程称为内转换。
内转换过程会伴随标识X射 线产生。
§14-3 放射性核素的衰变规律
一、衰变规律
原子核发生核衰变时，每一个 核并不是同时发生衰变，而且无 法预知。但对大数核组成的放射 性物质中，其衰变服从确定的统 计规律。
均匀分布,约为2.3 1017 kg m3
二、原子核的性质
3、核力：
核力的主要特征：
1)、短程力
10-15m范围内起作用
2)、饱和力
只与紧邻核子相互作用
3)、强力
4)、核力相互作用与核子的带电状态无关
4、核能级 原子核与原子一样具有分立的能级，在外界的干 扰下
可发生能级跃迁
三、原子核的稳定性
质量亏损：核的质量小于组成核的核子质量
mx Zmp (A Z )mn
m Zmp (A Z )mn mx
结合能： E [Zmp ( A Z )mn mx ]c2
平均 结合能：
E
A
三、原子核的稳定性
对于结合能计算 时：
1u 1.49242 1010 J
一、带电粒子与物质的相互作用
作用方式：1：电离和激发 2：轫致辐射 3：弹性散射
电离：、带电粒子通过物质时，由于静 电力的作用，使原子、分子中的电子获得能量， 产生自由电子和正离子，生成离子对，这一过 程称电离。
电离本领的大小，常用电离比值来表示， 定义为单位厘米路径上产生的离子对数。
一、带电粒子与物质的相互作用
二、衰变 核衰变时放出射线的过程。电子流
核衰变方程 衰变能
A Z
X

z
A1Y
β


v

Q
A Z
X

z
A1Y
β

v
Q
A Z
X
β


Y A
z 1
v
Q
Q (mx my me )c2
衰变放出的衰变能主要反映在电子的动能和中微子的 动能上。核衰变后，子核一般处于基态，也可处激发态。 粒子的能谱特点：为连续能谱。
粒 子 数
粒子动能
粒子能谱图
三、衰变和内转换
核衰变时放出射线的过程。 、衰变后的子核大部分处于激 发态，并以射线的形式释放能 量，跃迁到较低的能量状态或基 态，这种跃迁称为衰变。
射线为光子流
2670Co
β 0.31MeV
60 28
Ni
m
60 28
Ni
m
60 28
Ni
γ1
电离比值：它与带电粒子的速度、电量、和 物质的密度有关。
1、速度大，作用时间短，电离比值小 反之，则大。
2、电量大，它与原子壳层上电子的作 用就强，电离比值就大。反之，则小。
3、物质密度大，单位体积内的电子数 目多，带电粒子作用机会多，因而电离比值 大，反之则小。
相同能量的带电粒子，粒子的电离作 用大，而粒子的电离作用就小。
第十五章 原子核和放射性
• §15-1 • §15-2 • §15-3 • §15-4 • §15-5 • §15-6
原子核的基本性质 放射性核素的衰变种类 放射性核素的衰变规律 射线与物质的相互作用 电离辐射防护 放射性核素在医学上的应用
§14-1 原子核的基本性质
一、原子核的组成
1、中子-质子模型 1886年E.Goldstein首先发现质子。 1920年卢瑟福预言原子核内存在一中性粒子—中子。 1930 年 W.Bothe,H.Beerker 用 α 射 线 轰 击 玻 的 实 验 中 最 早 发 现 一 种 中 性 的 、 穿 透 力 很 强 的 射 线 ， 1931 年 F.joliot,l.curie让该射线通过石蜡时打出了高速质子， 但当 时都误认为该射线为γ射线。 1932年查德威克正式指出为中子射线。 1932年前苏联伊凡宁科、海森伯独立提出原子核组成 的中子—质子模型。