核能专业概论4分解

幻灯片1

原子核物理基础幻灯片2

现代原子结构

原子核中子

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原子究竟小到什么程度？举例可以说明：一张纸的厚度相当于10000个原子的厚度。

原子虽小，但里面十分空旷，如果我们将原子放大成直径上百米的足球场，在其中央有一颗称为原子核的小米粒，其直径不到原子直径的万分之一。而它的质量却占整个原子质量的99.94%以上。原子核内含有更小的粒子—质子和中子，统称为核子。原子核外部是围绕原子核不断旋转的一些粒子—电子（用e 表示）。

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除了最简单的氢原子核内只有一个质子之外，其余元素的原子核都由多个质子和中子组成的。科学家将元素原子核内的质子数定义为元素的原子序数。电子的数量同质子一样多，且围绕原子核旋转。

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中子顾名思义是中性的，它不带电荷，而质子是带正电荷的粒子，电子是带负电荷的粒子。一个质子和一个电子的电量相同，但两者的质量相差甚远，而质子和中子的质量很相近，分别为电子质量的1839和1837倍。 原子的组成

+ + +

质子

电子 (电子云)

电子 (电子云)

中子：不带电，质量为1；

质子：带正电，质量为1；

电子：带负电，质量为中子的1/1837。

中子和质子组成原子核，因此统称为核子。质子数量等于原子序数，中子数等于原子的质量数减原子序数。

同一种元素的质子数相同。

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同位素

"同位"意思是在元素周期表中只占有一个位置,占同一个位置.

人们把原子里具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的不同种原子互称为同位素.很多种元素的原子都有同位素.

同位素中有的会放出射线，因此称放射性同位素或放射性核素，其余叫做稳定同位素。稳定同位素、放射性同位素有数千种，大多数同位素都是稳定同位素，并呈混合物状态出现在元素中。

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同位素

2D

3D

氕

氘

氚

同一个元素家族，带有不同的中子数，就是同位素。

同位素具有相同的化学特性，但可能有不同的物理特性

同位素中有的会放出射线，称为放射性同位素或放射性核素，其余叫做稳定同位素

2H

3H

1H

氢原子家族

235U

238U

233U

铀原子家族

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放射性

放射性

原子核自发地放射各种射线的现象

主要射线种类

氦原子

负或正电子

电磁波

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物质的放射性 有许多天然和人工生产的核素都能自发地发射出各种射线，或称辐射。射线的种类很多，射线，射线，宇宙射线、中子等的辐射，统称粒子辐射。γ射线、X 射线等的辐射，统称电磁辐射。此外，还有发射正电子、质子、中子、等其它粒子。 原子核自发地放射各种射线的现象，称为放射性。能自发地放射出各种射线的核素称为放射性核素。大气层中的宇宙射线成分主要是质子、中子、介子、介子、电子等。 射线：为氦原子，，它的电离作用大，贯穿本领小。

射线：为负或正电子，e-1或e+1，它的电离作用小，贯穿本领较大；­

射线：为一种波长很短的电磁波。只有能量，无静止质量。它的电离作用小，贯穿本领大。

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衰变的性质

能辐射α射线的物质的原子序数都大于82

1.008665

n

中 子

1.007276 +1 p 质 子 0 0

5.486×10-4 ±1 e± β 4.00279 +2 4He α 质 量

( u ) 电荷 （e) 符号

种类

母核放出的α粒子具有一定的动能

5兆电子伏的α粒子在空气中的射程约7厘米，在铅中约 0.06毫米，在人体组织中约 43微米。所以一般 α辐射的α粒子对人体外照射的损伤很小，通常不予考虑。 但是，α粒子的电离本领很大，所以要防止α放射性物质进入体内产生内照射 α粒子能被一张薄纸阻挡

在热中子反应堆中，对反应堆材料的影响不重要

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β衰变的性质

带电粒子、质量小

β射线的能量对不同的核是不同的，大致为十几千电子伏到3兆电子伏

由于这种粒子的质量小，只带一个电荷，其射程比α粒子长，但产生电离的能力比α粒子弱 完全吸收β射线所需要的物质长度：铝约5毫米，铅约1毫米

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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 产生的射线能量不连续

可以通过测量光子能量来鉴定核素种类 类别 幻灯片13

放射性衰变规律

时间 t (T1/2 )

1 2 3 4 5 n 放射性原 子核数目

N0 N0 /2

N0 /4

N0 /16

N0 /32

N0 /64

N0 /2n

经过n 个半衰期后，未发生衰变的放射性原子核数目是原有的 1/2n 幻灯片14

强透射性 射线具有穿透物质的特殊能力。不同的射线种类穿透能力是不一样的。其中，、穿透力很小，射线一张纸就可以隔离，射线一层金属薄板也可以隔离，穿透力最强，必须非常厚的混凝土或铅块才能阻挡。因此，人们害怕的放射性主要是指

半衰期 (T1/2)

定义：一定量的某种放射性原子核衰变至原来 的一半所需要的时间

射线。

射线的应用射线的辐射能力和穿透能力同样也可以造福人类。人们利用射线的辐射效应，将其应用到各个领域，如材料改性、育种、治疗癌症、治理环境污染等，使它们为人类服务。

核技术应用常用的射线为、中子和X光。因为这些射线不带电，所以它从原子和分子的近傍飞过时同它们的相互作用很弱，这就是它的电离本领极小，而穿透本领很强的原因。

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如果我们将当一束射线照射某一物体时，中途将不断有射线穿过物质壁面，逸出到外部，逸出的量必然同当地的物质密度等性质有关，逸出的射线如果能够被一些外部的感光材料吸收，它就可以显现出物质内部的结构。利用该特征，人们可以拍照，如用于医学及工业中的X射线照相。

如果将放射性同位素载入某种物质，例如注入人体的血液中，放射性同位素就好象惯于招摇的旅游者，它们到哪里就将射线释放到哪里，因此测量穿过人体的射线，可以跟踪同位素的动向，这种技术称为示踪。

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射线的穿透性

X 射线

X-ray