12-19 原子核与放射线资料
高中物理第3章原子核与放射性第2节原子核衰变及半衰期鲁科35鲁科高二35物理
第三十页，共五十页。
[解析] 21803Bi 经一次衰变变成210aX，由于质量数不变，所以只 发生了一次 β 衰变，核电荷数增加 1 即 a＝83＋1＝84，①是 β 衰变.21803Bi 经一次衰变变成81bTi，由于核电荷数减少 2，所以只 发生了一次 α 衰变，质量数减少 4，即 b＝210－4＝206，②是 α 衰变，故 A、C 项均错误，B 项正确；20861Ti 变成20862Pb，质 量数不变，核电荷数增加 1，所以只能经过一次 β 衰变，故 D 项错误． [答案] B
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将 α、β、γ 三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场， 如图表示射线偏转情况中正确的是( )
A．①③
B．①④
C．②③
D．②④
[思路点拨] 求解本题应把握以下两点：
(1)α 粒子、β 粒子在磁场中偏转，求半径再比较．
(2)α 粒子、β 粒子在电场中做平抛运动，求偏向位移再比较． 12/9/2021
12/9/2021
第十九页，共五十页。
对某一确定的 x 值，α、β 粒子沿电场线偏转距离之比为 yyαβ＝qqαβ·mmβα·vv22βα
1 ＝21×1 8440×（（00.9.19cc））22≈318. 由此可见③错误，④正确．
[答案] B
12/9/2021
第二十页，共五十页。
求解此类题目要熟知以下两点 (1)三种射线的带电性质． (2)正、负电荷在电场或磁场中的运动规律及解题方法．
速度
0.1c
0.9c
c
在电场或磁场
与 α 射线反向
偏转
不偏转
中
偏转
贯穿本领
最弱用纸能挡 较强穿透几毫 最强穿透几厘
原子核与放射性ppt课件
结合能：E Zmp Nmn mN c2 mc 2
质量亏损： m Zmp Nmn mN
质量亏损是单独的核子结合成核后其总的静质量的 减少。
11
质量亏损： m Zmp Nmn mN ZmH Nmn ma
﹡核力与电荷无关。质子和质子，质子和中子，中子 和中子间的作用力是一样的。
﹡在核的线度内，核力比库仑力大得多。
10
⑵原子核的结合能
由于核力将核子聚集在一起，所以要把一个核 分解成单个的中子和质子时必须克服核力做功，为 此所需的能量叫做核的结合能。它也是单个核子结 合成一个核时所能释放的能量。
核子结合成一个核时，根据能量守恒：
如果将核看成球形，则核的半径R和 A1/3 成正比，即
R R0 A1/3 R0 1.2fm 1.21015m
56Fe 核的半径为4.6fm，238U核的半径为7.4fm。
原子核的密度：
M V
M
4 R3
3
Au 3u
4 3
R03
A
4R03
各种核的密度都是一样的。
同位素在元素周期表中处于同一位置。
如：氢原子的三种同位素：
1 1
H
2 1
H
氘
3 1H氚Fra bibliotek碳的同位素有：68C,69C,, 162C,163C,, 260C 等
7
天然存在的各元素中各同位素的多少是不一样的，各 种同位素所占比例叫作各该同位素的天然丰度。
如：在碳的同位素中，12C 的天然丰度为98.9﹪，13C的 为1.1﹪，而14C 的只有 1.31010% .
核物理学中的原子核结构与放射性衰变知识点总结
核物理学中的原子核结构与放射性衰变知识点总结核物理学是研究原子核和核反应的分支学科，它对于我们理解物质世界的本质和开发核能具有重要意义。
在核物理学中，原子核结构和放射性衰变是其中两个重要的知识点。
本文将对原子核结构和放射性衰变进行总结，以便于读者更好地理解这些知识点。
一、原子核结构原子核是构成原子的重要组成部分，它由质子和中子组成。
质子带正电，中子电荷中性。
原子核的结构包括质子数和中子数，即原子序数和质量数。
原子序数决定了元素的化学性质，而质量数则决定了元素的同位素。
此外，原子核还具有核子的轨道运动形式，这也是核物理学中重要的研究内容。
根据原子核的结构特点，可以进一步分类原子核。
按照质子数进行分类，可以得到同位素的不同核素，它们具有相同的原子序数但质量数不同。
按照质子数和中子数的比例进行分类，可以得到核素图中的稳定核素和放射性核素。
稳定核素具有较长的半衰期，而放射性核素则会发生放射性衰变。
二、放射性衰变放射性衰变是指放射性核素在放射性衰变中释放出粒子或电磁辐射的过程。
放射性核素会自发地发生衰变，而不受外界影响。
放射性衰变包括α衰变、β衰变和γ衰变三种形式。
α衰变是指放射性核素释放出一个α粒子，即一个由两个质子和两个中子组成的氦离子。
β衰变是指放射性核素的质子数或中子数发生变化，通过释放一个β粒子（电子）或正电子实现。
放射性衰变的过程是一个随机的泊松过程，其衰变速率可以用半衰期表示。
半衰期是指在给定时间内，衰变物质的活度下降一半所需要的时间。
不同放射性核素具有不同的半衰期，这也是放射性衰变用于测定物质年代和医学诊断的重要依据之一。
放射性衰变发生时会释放辐射，这种辐射包括α粒子、β粒子和γ射线。
α粒子在空气中传播范围较小，很容易被其他原子或分子吸收。
β粒子穿透能力较强，但还是会在物质中和电子发生相互作用。
γ射线是电磁辐射，穿透能力最强，可以在物质中传播很远。
三、应用与安全核物理学中的原子核结构和放射性衰变理论具有广泛的应用。
核与放射知识介绍ppt课件
示。半衰期（half-life）即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始 值一半时 所需要的时间。
电离辐射
电离辐射是指波长短、频率高、能量高的射线。电离辐射可以从原子、分子
或其他束缚状态放出（ionize）一个或几个电子的过程。电离辐射是一切能引起 物质电离的辐射总称，其种类很多，高速带电粒子有α粒子、β粒子、质子，不 带电粒子有中子以及X射线、γ射线。 α射线是一种带电粒子流，由于带电，它所到之处很容易引起电离。α射线 有很强的电离本领，这种性质既可利用。也带来一定破坏处，对人体内组织破坏 能力较大。由于其质量较大，穿透能力差，在空气中的射程只有几厘米，只要一
张纸或健康的皮肤就能挡住。
β射线也是一种高速带电粒子，其电离本领比α射线小得多，但穿透本领比 α射线大，但与X、γ射线比β射线的射程短，很容易被铝箔、有机玻璃等材料 吸收。 X射线和γ射线的性质大致相同，是不带电波长短的电磁波，因此把他们统 称为光子。两者的穿透力极强，要特别注意意外照射防护。
射线
射线是指具有特定能量的粒子或光子束流。由各种放射性核素发射出的、具 有特定能量的粒子或光子束流。反应堆工程中常见的有的射线、射射线、γ射线 和中子射线。各种射线，由于电离密度不同，生物效应是不同的，所引起的变异 率也有差别。为了获得较高的有利突变，必须选择适当的射线，但由于射线来源、 设备条件和安全等因素，目前最常用的是γ射线和x射线。 γ射线是原子衰变裂解时放出的射线之一。此种电磁波波长很短，穿透力很 强，又携带高能量，容易造成生物体细胞内的DNA断裂进而引起细胞突变、造血 功能缺失、癌症等疾病。但是它可以杀死细胞，因此也可以作杀死癌细胞，以作 医疗之用。 x射线波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射， 是由x光机产生的高能电磁波。波长比γ射线长， 射程略近，穿透力不及γ射线。有危险，应屏蔽。
《原子核和放射性》课件
放射性治疗
利用放射性核素释放的 射线对肿瘤进行照射， 杀死癌细胞或抑制其生 长。
放射性药物
利用放射性核素标记的 药物，如碘-131治疗甲 状腺疾病，以及正电子 发射断层扫描（PET） 药物用于诊断肿瘤等疾 病。
工农业应用
放射性测井
01
利用放射性核素标记的示踪剂检测石油和天然气储层，提高油
气勘探的效率和准确性。
核物理实验
利用放射性核素产生的射线进行核反应研究，探索原子核的结构 和性质，推动核物理学的发展。
地质年代学
利用放射性核素的衰变规律测定岩石和矿物的年龄，研究地球的 形成和演化历史。
05
CATALOGUE
放射性的防护与安全
放射性防护的原则与措施
放射性防护原则
采取一切合理措施，保护工作人员和 公众免受放射性危害，并尽可能减少 放射性照射。
放射性
某些不稳定原子核会自发地释放出射 线，这种现象称为放射性。
半衰期
放射性同位素的应用
在医学、工业、科研等领域有广泛应 用，如放射性治疗、工业探伤、放射 性示踪等。
放射性衰变过程中，一半原子核发生 衰变所需要的时间。
02
CATALOGUE
放射性及其来源
放射性的定义
放射性
是指物质能够自发地放出 射线，并从原子核内部释 放出能量。
遵循国家和地方政府的放射性安全标准和 法规，确保放射性设施建设和运行符合相 关要求。
按照国家规定申请和办理放射性工作许可 证，确保合法合规开展放射性工作。
监测与记录
应急预案
定期对工作场所和设备进行放射性监测， 并做好监测数据的记录和分析，及时发现 和解决潜在问题。
制定和实施放射性事故应急预案，确保在 发生事故时能够迅速、有效地应对，减轻 事故后果。
原子核和放射线(2012医19疗)
1
3.射线与物质的相互作用 4.了解MRI、放射线检测、治疗和防护的基本知识。 习题: P240，1. 4. 6. 7.
1
R (辐射权重因子)
1Sv 100rem( 雷姆)
射线的探测与防护
(radiation detection and radiation protection )
一、探测方法及探测器
1.方法：电离、荧光和感光等。 2.探测器：
高压电源 R 计数管探头 前置放大器 G-M计数管 C 定标器
10
-1
1克镭每秒的核衰变数目
放射性强度只是指放射源单位时间内衰变的原
子核数，而不是指发出射线的数量或能量。
射线与物质的相互作用
(interaction of radiation with matters)
射线分类
重的带电粒子，α粒子； 轻的带电粒子，电子和正电子； 光子组成的射线，Ｘ射线和γ射线； 中性粒子，中子。
(1.17 MeV,1.33MeV) 产生两种能量的 射线
既可做深部也可做表浅部位肿瘤治疗。 该机具有经济、可靠、结构简单、维护方便等优 点，是目前放射治疗的主要设备之一。
2.加速器 电子直线加速器 电子感应加速器
带电粒子可旋转百万圈，能量达到几十MeV。
3. 刀、 X刀 1950年提出设想 1968年第一台伽马刀
1 1 1 Te Tb T
1 t Te N N0 ( ) 2
3.平均寿命 ( ) 原子核在衰变前存在时间的平均值 Ntdt 1 0 1.44T N0
三、放射线强度
放射源在单位时间内衰变的原子核个数
SI
1Bq 1次核衰变 秒-1
原子核和放射性衰变
原子核和放射性衰变一、原子核结构1.质子：带正电荷，质量约为1个原子单位；2.中子：不带电，质量约为1个原子单位；3.原子核：由质子和中子组成，质量约为10-27米3。
二、放射性衰变1.阿尔法衰变：原子核放出一个阿尔法粒子（即氦核），质量数减少4，原子序数减少2；2.贝塔衰变：原子核中的一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子（贝塔粒子）和一个反中微子；3.贝塔+衰变：原子核中的一个质子转变为一个中子，同时放出一个正电子（贝塔+粒子）和一个中微子；4.伽马衰变：原子核从高能级向低能级跃迁，放出伽马射线。
5.定义：放射性物质衰变到其原有数量的一半所需的时间；6.公式：N = N0 * (1/2)^(t/T)，其中N为当前放射性物质数量，N0为初始数量，t为时间，T为半衰期。
四、放射性应用1.核电站：利用核裂变反应产生热能，驱动发电机发电；2.医学：放射性同位素用于癌症治疗、放射性示踪等；3.地质探测：放射性元素分布用于地层划分、资源勘探等。
五、核裂变与核聚变1.核裂变：重核分裂成两个质量较小的核，释放大量能量；2.核聚变：轻核融合成质量较大的核，释放大量能量。
六、核安全与防护1.核辐射：放射性物质发出的粒子辐射和电磁辐射；2.辐射防护：采用屏蔽、距离防护、时间防护等方法；3.核事故：核泄漏、核爆炸等，对环境和人类造成严重危害。
七、核能前景与挑战1.优点：清洁、高效、可持续发展；2.挑战：核废料处理、核安全、核扩散等。
八、中学生必知知识点1.原子核结构；2.放射性衰变类型及特点；3.半衰期及其应用；4.核裂变与核聚变；5.核安全与防护；6.核能前景与挑战。
习题及方法：1.下列关于原子核的说法，正确的是：（）A. 原子核由质子和中子组成B. 原子核中只有质子C. 原子核中只有中子D. 原子核可以分为质子和电子2.放射性物质经过一个半衰期后，剩余的放射性物质数量是：（）A. 原来的一半B. 原来的四分之一C. 原来的八分之一D. 原来的十六分之一3.在核反应中，下列哪种反应是放能的：（）A. 阿尔法衰变B. 贝塔衰变C. 贝塔+衰变D. 伽马衰变4.原子核由____和____组成。
原子核的组成放射性元素的衰变
十九世纪末，通过对阴极射线现象的研 究使人们认识到原子内部存在结构。
原子核是否是最小的结构呢？
关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现 象。人们从破解天然放射现象入手，一步一步 解开了原子核的秘密。
一、天然放射现象
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀 和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种 射线可以穿透黑纸使照相底片感光，元素这 种自发的放出射线的现象叫做天然放射现 象．物质发射射线的性质称为放射性．具有 放射性的元素称为放射性元素．
三 种 射 线
α射线
• 根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定，
偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫 做α射线，α射线由带正电的α粒子组成.科学家们研究 发现每个α粒子带的正电荷是电子电荷的2倍，α粒子 质量大约等于氦原子的质量.进一步研究表明α粒子就是 氦原子核.
• 由于α粒子的质量较大、体积大、电荷数多、速度
说明：
Z AX Z A 4 2Y4 2He
Z AX Z A1Y0 1e
1. 中间用单箭头，不用等号；
2. 是质量数守恒，不是质量守恒;
3. 方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。
实质： α衰变
β衰变
1n 4He
1
0
2
1n1H0e
0
1
1
α衰变或β衰变后产生的新核往往处于高能级，不稳定， 要向低能级跃迁．放出γ光子． γ射线是伴随着α射线和β射线产生的． 没有γ衰变 放射性物质发生衰变时，有的发生α衰，有的发生β衰变，同 时伴随γ射线．这时三种射线都有．
X A表示 A
质量数 z
X表示 元素符号
Z表示 质子数
29325U表示铀原子核
原子核的结构和放射性
原子核的结构和放射性原子核是构成原子的重要组成部分，它具有一种特殊的结构，并且在一些情况下会表现出放射性。
本文将探讨原子核的结构以及放射性现象，并对其相关特性进行阐述。
一、原子核的结构原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子没有电荷，质子和中子统称为核子。
质子和中子分别位于原子核的中心区域，它们之间通过强相互作用相互吸引，形成了稳定的原子核结构。
原子核的结构有两个重要指标，一个是质子数，也称为原子序数，用字母Z表示；另一个是中子数，用字母N表示。
原子核质量数A等于质子数Z与中子数N之和，即A = Z + N。
例如，氢原子核由一个质子组成，质子数Z为1，中子数N为0，质量数A也为1。
氦原子核由2个质子和2个中子组成，质子数Z为2，中子数N为2，质量数A为4。
二、放射性的概念放射性是指某些原子核在特定条件下发生自发变化，释放能量并放出粒子或电磁波。
原子核放射性的特性是不可逆的，因此这种放射性变化不受外界条件的影响。
放射性现象主要包括α衰变、β衰变和γ射线。
1. α衰变：α衰变是指原子核释放α粒子的过程。
α粒子由2个质子和2个中子组成，即氦原子核。
在α衰变过程中，原子核的质量数减少4，质子数减少2。
例如，锕-226放射性核衰变时会释放出一个α粒子，形成镅-222 isotopic core。
2. β衰变：β衰变是指原子核释放β粒子的过程。
β粒子可以是电子（称为β负粒子）或正电子（称为β正粒子）。
在β衰变过程中，原子核中的一个中子转变为质子，或一个质子转变为中子，同时释放出一个β粒子。
例如，碳-14放射性核衰变时，一个中子转变为质子，形成氮-14 isotopic core，并释放出一个β负粒子。
3. γ射线：γ射线是一种高能电磁波，具有很强的穿透能力。
它与放射性核衰变时不伴随粒子的释放，只有能量的转变，用于平衡能量差异。
例如，镭-226衰变产生镅-222核时伴随γ射线的释放。
放射性衰变是一种自然的现象，一些核素具有较长的半衰期，可以用来进行放射性测量和医学应用。
《原子核与放射》课件
放射性标记的化合物可用于研究药物 在体内的分布、吸收和代谢。这有助 于药物设计和优化。
药效评估
通过标记药物并观察其在体内的分布 和代谢，可以评估新药的药效和安全 性。
04 放射性对环境的影响
放射性对生物的影响
生物体内辐射损伤
放射性物质可引起生物体内DNA损伤、染色体畸变等，导致细胞死亡或基因突 变。
保其处于良好状态。
废弃物处理
对废弃的放射性物质进 行妥善处理，避免对环
境和人员造成危害。
放射性事故的应急处理
应急预案
制定详细的放射性事故应急预案，明确应急 组织、救援措施和救援流程。
紧急处置
在发生放射性事故时，立即启动应急预案， 采取紧急处置措施，控制事故扩大。
人员疏散
及时疏散事故现场及周边的人员，避免造成 伤害。
生物种群与群落影响
放射性可影响生物种群的繁殖和生存，进而影响整个生态系统的结构和功能。
放射性对土壤的影响
土壤质量下降
放射性物质在土壤中的积累可能导致土壤质量下降，影响土壤微生物和植物的生 长。
土壤污染与扩散
放射性物质可能污染土壤，并随雨水冲刷等途径扩散至周边环境。
放射性对水体的影响
水体辐射污染
放射性物质可溶于水，导致水体辐射污染，影响水生生物的生存和人类用水安全。
放射性衰变：是指放射性核素自发地 转变成另一种核素的过程，同时释放 出射线。
衰变过程中释放的能量以射线形式释 放出去，包括α射线、β射线和γ射线 等。
衰变过程中，原子核的质子数和中子 数发生变化，从而转变为另一种核素 。
放射性衰变的类型
α衰变
放射性核素自发地转变成另一 种核素，同时释放出一个氦原
子核（α粒子）。
原子核和放射性.pptx
1 2
8.1
t T 8.1d N / N0 1/ 2
t 2T 16.2d N / N0 1/ 4
t 60d N / N0 0.59%
实际上，还应以180 天的生物半衰期 Tb 逐步排泄。
谢谢观赏Βιβλιοθήκη 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
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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
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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。
1Gy 1J.kg -1
吸收剂量率：单位时间内的吸收剂量
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三：剂量当量 表示各种射线或粒子被吸收后引起生物效应的程度， 或对生命组织的危害 乘上适当修正系数的吸收剂量
H DQ
1Sv 1J.kg-1
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四、防护措施：
(1) 室内应有良好的通风条件； (2) 放射源与工作人员之间应保持最大距离；尽量减少受照射
的时间。 (3) 用铅或其它致密物质来屏蔽 射线和X射线，中子先用铁
铝慢化，再用水或石蜡来屏蔽中子射线； (4)β 采用中等原子序数的物质作为屏蔽材料，铝，玻璃 (5)α 戴上手套即可
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2、 原子核是个带电系统
原子核是一个带正电荷的旋转系统
原子核和放射性ppt课件
的大小可以作为核稳定性的量度.
比结合能曲线
.
10
获得原子能的途径：重核裂变、轻核聚变. 原子弹和氢弹就是分别利用重核裂变和轻核聚变 原理研制出来的核武器.
右图分别为中国第一颗 原子弹(1964年)和第一 颗氢弹(1967年)爆炸时 产生的蘑菇云.下图为 美国投到广岛的原子弹 “Little Boy”.
半整数
偶偶核
零
奇奇核
整数
原 子 核 不 仅 具 有 自 旋 , 也 具 有 核 磁 矩 (nuclear magnetic moment).
.
14
核磁矩一方面来自核子的自旋磁矩,另一方面来 自各核子的轨道磁矩.但核磁矩并不是各核子磁 矩的简单相加.
核磁矩矢量与核μI角动g 量2me矢p 量PI 成正比
.
3
贝克勒尔(H. Becquerel, 1852– 1908)法国物理学家.1903年因 发现自发放射性获诺贝尔物理 学奖.
查德威克(J. Chadwick, 1891– 1974) 英 国 物 理 学 家 .1935 年 因发现中子获诺贝尔物理学 奖.
.
4
➢ 居 里 夫 妇 (P. Curie,1859– 1906,右,法国物理学家； M. Curie,1867–1934, 左 , 法 籍 波 兰物理学家) 1903年因对贝克 勒尔发现的辐射现象作出了卓
一类具有确定质子数和核子数的中性原子称为
核素(nuclide),用
A Z
X
表示.其中X为元素符号,Z和
A分别表示原子序数和原子质量数.
.
7
质子数相同的不同核素称为同位素(isotope)；具 有相同中子数,不同质子数的异类核素称为同中 子异位素(isotone)；质量数相同,质子数不同的 一类核素称为同量异位素(isobar)；质量数和质 子数相同而处于不同能量状态的一类核素称为 同核异能素(isomer).同位素在自然界中的含量百 分比称为同位素丰度(isotope abundance).
《原子核与放射性》课件
放射性分为阿尔法衰变、贝塔衰变和伽马射线。放射性物质具有不稳定的原子核，通过 放射射线来稳定核的结构。
2 危害和应用
放射性射线对人体有辐射危害，但也广泛应用于医学、工业和能源等领域。
放射性衰变
1
概念和类型
放射性衰变是指不稳定原子核自发转变成
衰变定律和半衰期
2
稳定核的过程，有α衰变、β衰变和γ衰变。
《原子核与放射性》PPT课件
原子核与放射性 概述 - 什么是原子核？ - 什么是放射性？ - 原子核与放射性的关系
原子核的结构和性质
组成
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子电荷中性。
结构特点
原子核是原子的中心部分，呈球形，尺寸微小。
性质
原子核具有稳定性和不稳定性，可发生核反应、放射衰变。
放射性
危害和防护
电离辐射对生物体具有辐射危 害，防护措施包括屏蔽和保护 设备。
核反应和核能
类型和能量释放
核反应包括裂变和聚变，释放出巨大的能量。
应用
核反应广泛应用于核武器、核电站和核医学等领域。
发展和前景
核能作为一种清洁能源，正朝着更安全、高效的方向Biblioteka 展，为人类提供可持续的能源解决方 案。
总结
1 原子核与放射性的关系 3 电离辐射的危害和防护
2 放射性的种类和特征 4 核反应和核能的应用和发展
衰变定律描述了放射性核的衰变过程，半
衰期是指半数核衰变所需的时间。
3
应用
放射性衰变可用于测定年代、医学诊断和 治疗，以及核能发电等。
电离辐射
种类
电离辐射包括带电粒子辐射和 电磁波辐射，如α粒子、β粒子 和γ射线。
测量和剂量单位
原子核和放射性复习要点和习题答案
原子核和放射性复习要点和习题答案第十四章原子核和放射性通过复习后，应该:1.掌握原子核的结构和性质2.掌握原子核的放射性衰变3.掌握核衰变的规律和衰变常量与半衰期4.了解射线与物质作用及防护5.课后作业题14-1 如果原子核半径公式为R=1.2×10 -15A1/3 （A为质量数），试计算:①核物质的密度;②核物质单位体积内的核子数。
解: ①原子核的质量M可表示为M=Au=1.66×10 -27A（u为原子质量单位），而原子核的半径R=1.2×10 -15A1/3，则其体积V为V=πR 3 =×3.14×（1.2×10 -15A1/3）3 =7.24×10 -45A由密度的定义可得核物质的密度为ρ=M/ V=1.66×10 -27 A/7.24×10 -45 A kg·m -3 ≈2.3×10 17 kg·m -3②由质量数A和体积V可进一步得到单位体积内的核子数n为n=A/ V= A/7.24×10 -45A m -3 =1.38×10 44 m -314-2 计算2个2H原子核结合成1个4He原子核时释放出的能量（以MeV为单位）。
解: 核反应中质量亏损△m=2m D-m He =（2×2.013553-4.002603）u=0.024503u,对应的能量为△E=△m·c2 =0.024503×931.5MeV=22.82MeV14-3 解释下列名词:（a）同位素、同质异能素、结合能、平均结合能、质量亏损;（b）核衰变、α衰变、β衰变、γ衰变、电子俘获、内转换;（c）半衰期、平均寿命、放射性活度、放射平衡、同位素发生器。
答: （a）①同位素:原子序数Z相同而质量数A不同的核素在元素周期表中占有相同的位置，这些核素称为同位素。
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R HT DT · R·
DT · R (平均吸收剂量)
R (辐射权重因子)
SI: 1Sv(希沃特) 1J kg1
1Sv 100rem( 雷姆)
第四节 射线的探测与防护
Radiation Detection and Radiation Protection
一、探测方法及探测器
获2003年诺贝尔生理学奖
MRI is used for imaging of all organs in the body.
一、磁共振原理
1.核磁共振 E - N B cos m B
1 E1 g N B 2
mN 1 2
B
N
1 E2 g N B 2
0
mN 1 2
A Z
结
X
2
E mc
2.衰变规律
E 平均结合能 A
1 tT N N0 ( ) 2
N N0e
t
ln2 0.693 T λ λ
3.射线与物质的相互作用 4.了解MRI、放射线检测、治疗和防护的基本知识。 习题: P240，1. 4. 6. 7.
1 Bq 1 s
1
（每秒产生一次核衰变）
1 Ci 3.7 1010 Bq （1克镭每秒的核衰变数目)
放射性强度只是指放射源单位时间内衰变的原
子核数，而不是指发出射线的数量或能量。 用于癌症治疗的放射性活度约为：4×1013Bq
第三节 射线与物质的相互作用
Interaction of Radiation with Matters
现有核素：约 2600 种、稳定核素＜ 300 种 放 射 性 衰 变 类 型
α衰变（高速氦核流
4 2
He）
0 e） β衰变（高速电子流 -1
γ衰变（高能光子流）
放射线性质及比较
名称 构成 电量 （ e） +2 质量 (u) 4 射出 速度 0.1c 电离能 力 最强 贯穿本领 最弱 氦核 0.01mm厚铅片能阻止 较强 可穿透0.1mm厚铅板 最强 光子 0 0 c 最弱 可穿透100mm厚铅板
N
当射频场频率符合 h E g N B 时，能级跃 迁，称为核磁共振。
2.核磁共振波谱仪 扫频法： 固定外磁场，连续改变射频的频率。 扫场法： 固定射频频率，连续改变外磁场。
二、核磁共振成像方法及其成像系统
1.成像方法 怎样标记受检体共振核的空间位置
g N B h
共振频率与磁场强度成正比
E mc
平均结合能
2
1u=931.5016MeV c2
E E0 A
裂变---重核分裂成中等 质量的核。 聚变---轻核聚合成较重 的核。
第二节 原子核的衰变规律
Decay Law of Atomic Nucleus
放射性核素自发地放出某种射线而转变为其它 核素的现象称为衰变。
一、衰变类型
1 t Te N N0 ( ) 2
3.平均寿命 原子核在衰变前存在时间的平均值。
0
Ntdt
N0
0
tN0e t dt
N0
T 1.44T 0.693
1
三、放射线强度（放射性活度--A） 放射源在单位时间内衰变的原子核个数。
贝克勒耳（Bq） dN t A N 0 e N 单位： dt 居里（Ci）
2.加速器 电子直线加速器 电子感应加速器
带电粒子可旋转百万圈，能量达到几十MeV 。
X刀 3. 刀、
1950年提出设想 1968年第一台伽马刀
融立体定向和放射外科技术于一体，以治疗颅脑 疾病为主。 无创伤、不出血、不需麻醉、不需要特殊术前准备。
多束射线聚焦
小 1.原子核
（1）表示式 （2）结合能
1
SI: C kg
1R（伦琴） 2.58 104C kg1
吸收剂量D-----描述人体吸收辐射能的能力
dE D dm
单位质量被照射物体吸收的电离辐射能量
SI: 1J kg1 1Gy
1 Gy（戈瑞） 100 rad(拉德)
当量剂量HT----描述各种射线对生物体的危害程度
频率分布决定共振核的空间分布 强度分布决定共振核的密度分布 （1）定义出欲观察的层面 B0；
dB （2）在此层面内施加旋转梯度场B B0 l ； dl
（3）扫频法获得一维投影值，进而重建图像。
2.成像系统
磁体系统
) 常规、超导、永磁） 主磁体(101 ~ 3T（
3 -1 ( 5 10 T m ) 梯度线圈
之差。
m [Zm p ( A Z )mn ] mx
原子核的质量
m p mn 1.007276u 1.008665u 2.015941u
2 1
H的质量亏损
m 2.015941 2.013552 0.002389(u )
2.平均结合能 结合能---由质子和中子形成原子核时所放出的能量。
三、中子 1.俘获：中子被原子核俘 获后引起核反应，常伴有 射线的产生。 2.散射：中子碰到原子核 使原子核形成反冲核，而 中子则被散射。
中子 核子
中子
中子
核子
反冲核
中子容易被含氢原子的物质吸收
中子
四、辐射剂量 照射剂量E---- 描述（X）射线强度的物理量
dQ E dm
单位质量的干燥空气被电离所产生的电荷量
50 23
V e Ti ν Q
0 -1 50 22 0 0
3. 衰变 原子核从高能级向低能级跃迁，发出 射线 （ 光子）的过程。
A Z
222 86
X A ZY
206 82
例1.
Rn 衰变成
Pb 需经过几次α和几次β衰变？
222 206 4(次） 4
α衰变次数：
1 1 2 3 H、 H 、 1 1H
16 8
O、 O、 O
17 8
18 8
4.尺度与密度
分子： 10 cm 原子： 10 cm 原子核： 10 质子： 1013 cm 电子、夸克： 1016 cm
7
8
12
cm
R R0 A
13
R0 1.2 1015 m
原子核的密度
2.31017 kg m3
1.电离比值---每厘米路径上电离的离子对数。 电量↑ 速度↓ 密度↑
电离比值 (万对· 厘米 ) 5
1
A
B
电离比值↑
4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 路径 (cm)
2.射程和吸收规律 射程----带电粒子在物质中所通过的最大厚度。
α粒子电离比值大，射程短；生物体，几百个微米 β粒子电离比值小，射程长；比α粒子大 100多倍；
6.核力 核力是强相互作用：核力约比库仑力大100倍
核力的短程性：核力的力程为fm量级
核力的饱和性：只能与有限个相邻核子相作用 核力的电荷无关性：Fpp=Fnn=Fnp 核力的斥力性：距离＜0.6 fm时 与核的自旋有关：自旋方向等
二、平均结合能 1.质量亏损△m 组成原子核所有核子的质量和与原子核的质量
1. 照相机 2.单光子发射型CT
Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT)
3.正电子发射型CT
Positron Emission Tomography (PET)
单光子发射CT
二、放射治疗装置
利用放射性核素在衰变过程中所产生的射线或 通过被加速器加速的某些射线束，对肿瘤等疾病进 行治疗的装置。 1. 60 Co 治疗机 产生两种能量的 射线 (1.17MeV,1.33MeV) 既可做深部肿瘤治疗，也可做表浅部位肿瘤治疗。 该机具有经济、可靠、结构简单、维护方便等 优点，是目前放射治疗的主要设备之一。
衰变包括 衰变、 衰变和电子俘获
A 0 0 (1) A Z X Z1Y -1 e 0 ν Q A A 0 0 (2) X Y e Z Z1 1 0νQ A 0 A 0 (3) X e Y Z -1 Z1 0νQ
中子数过多原子核 人工放射性核素 主要俘获K壳层电子
1.方法：电离、荧光和感光等。 2.探测器：
二、防护
α射线纸能将其线吸收；
β射线铝片能将它挡住；
γ射线铅板防护； 中子含氢物质防护。
第五节 Байду номын сангаас共振成像
Magnetic Resonance Imaging，MRI
优点： ●无放射损害 ●器官和组织功能信息
保罗· 劳特布尔 彼得· 曼斯菲尔德 (Paul Lauterbur ）(Peter Mansfield
一、原子核的组成
1.组成
质子（p）：
e m p 1.007276u
核子
中子（n）： 电中性 mn 1.008665u
27 1u 1.6605402 10 kg 原子核质量单位：
2.原子核的符号表示
质量数（核子数）
元素符号
原子序数（质子数）
A z
X
3.同位素
(Isotope)
具有相同质子数、中子数不同的原子核。
射线分类
重的带电粒子：α粒子； 轻的带电粒子：电子和正电子； 光子组成的射线：Ｘ射线和γ射线； 中性粒子：如中子。
作用： 产生荧光；底片感光；电子电离；贯穿本领。
一、带电粒子与物质的相互作用
（1）电离（Ionization）
（2）激发(Excitation)
（3）散射（Seatteriong） （4）吸收（Alsorption） （5）切伦科夫辐射（Cerenkov radiation） （6）韧致辐射（Bremsstrahluny）