核物理基础知识复习进程
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核素图共包含2000 个核素,其中天然存在 332个核素(280为稳定 核素),人工放射性 核素1600多个。
12
原子核结合能的概念
质量亏损
原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和的，少
的那部分质量称为质量亏损(Mass Defect)。表示为 mZ,A
m Z ,A Z p m A Z m n m Z ,A
原子核半径近似正比于A1/3，原子核体积近似正比于A。
6
原子核的密度（单位体积的核子数）：
nV A4/3A R343r031308 /cm 3
一个核子的质量
m N1 .6 6 1 0 24 g
则核物质的密度：
NnN m 1.6 6 110 g 4/c3 m
可见，原子核密度为常数，且非常大。
7
原子核物理常用术语及意义
92
铀的二种同位素。
某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰 度。
1 1
H
2 1
H
99.985%、0.015%
1 6 O 1 7 O 1 8 O 99.756%、0.039%、0.205%
U 2 3 5
92
U 2 3 8
92
0.724%、99.276%
9
3).稳定核素和放射性同位素
1 1
原子的质量几乎全
集中在原子核上
++
电子的质量仅为质
+
子质量的1/1ຫໍສະໝຸດ Baidu40。
一个电子所带的电 荷为1.6×10-19库 仑（C），定义为 单位电荷。
原子核 中子 质子 电子 (电子云)
4
原子核的表示
核子数
元素符号
质子数
A Z
X
N
XA 中子数
ZN
原子质量单位等于一 个碳－12核素原子质 量 的 1/12 ， 记 为 u 。 1u=1.6605655×10-27 kg。
质子和中子质量几乎 一样，分别为：
mp = 1.00727644u
mn = 1.00866522u
实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关系，所以用符
号AX足以表示一个特定的核素 11H,21H,31H
5
原子核的大小
原子核的半径
Rr0A1 3
原子核的体积
V3 4R33 4r03AA
ro为原子核半径常数（1.2×10-13 cm），A为原子核的质量数
H
2 1
H
3 1
H
氢的三种同位素具有相同的化学性质，
但其放射性却不同。
其中，稳定同位素为：
1 1
H
2 1
H
99.985%、0.015%
而3H 为放射性同位素，具有β放射性，放出最大能量约
为18KeV的β射线，其半衰期12.3年
。
10
4). 人工放射性核素
人工放射性核素是指非天然和自然界的因素生成的放射 性核素，而是在反应堆或加速器所生成。 广泛的放射源---钴源（60Co）就是在反应堆中生成。将金属 钴，即59Co ，其丰度100%，放在反应堆孔道内，利用中子照 射59Co ，发生如下核反应：
所有的核都存在质量亏损，即 m Z,A 0
13
原子核结合能的概念
氘是氢的同位素，氘( 2
1
H
)由一个中子和一个质子所
组成。
中子的质量： mn 1.00866u5 质子的质量： mp 1.00727u6
mn mp 2.0159u41
而氘核的质量： m1,22.014u 102
可见，氘核的质量小于组成它的质子和中子质量之和，两
比结合能的物理意义：原子核拆散成自由核子时，外界对 每个核子所做的最小的平均功。 或者说，它表示核子结合成 原子核时，平均一个核子所释放的能量。
比结合能表征了原子核结合的松紧程度： 比结合能大，核结合紧，稳定性高； 比结合能小，核结合松，稳定性差。
16
比结合能曲线： 7.07
1).核素（nuclide）
具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核 或原子称为核素。
核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不 同的核素。
20886Tl
90 38
Sr
60C o
208 82
Pb
3991Y
58C o
两种核素，A同，Z、N 不同。 两种核素，N 同，A、Z 不同。 两种核素，Z 同，A、N 不同。
辐射剂量学
谢腾飞 南华大学核科学技术学院教授
TEL:0734-8160771,15096001925 E-mail:272710xtf@163.com
2011.03
1
原子核与放射性的物理基础
1.原子与原子核的组成
2.放射性粒子产生的原因
3.质量亏损
4.衰变规律
5.射线与物质作用的机制
6.射线减弱规律
2
2.1 原子与原子核
自然界存在的一切物质，都是由不同的元素组成。元 素的基本单位是原子。原子表征量为物质的物理、化学性 质和光谱特性。
原子核由质子和中子组成，质子和中子通称为核子。 其表征为原子核的放射性。
3
现代原子结构
原子的直径约为 10-10米。
原子核在中心约原 子 直 径 的 1/10000 。
59Con,60Co
工业上应用于食品和医疗器具的杀菌、消毒的钴源
（ 60Co ），其活度达几十万至百万居里（Ci）。
11
5).核素和核素图
根据原子核的稳定性, 可以把核素分为稳定的核素和不稳定的 放射性核素。原子核的稳定性与核内质子数和中子数之间的比 例存在着密切的关系。
我们可以把核素排 在一张所谓核素图上。
者之差为
m 1 ,2 m n m p m 1 ,2 0 .00u 183
14
原子核结合能的概念
既然 △m>0，则相应的能量就减少，表明当若干质子 和中子结合成一个核时，将释放一部分能量，这个能量称 为叫结合能。
B Z ,A m Z ,A c 2
B Z ,A Z p c 2 m A Z m n c 2 m Z ,A c 2
60Co 60mCo
两种核素，A、Z、N 同，能态不同。 8
2).同位素（Isotope）和同位素丰度
具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素。 (即Z相同，N不同，在元素周期表中处于同一个位置，具有基 本相同化学性质。)
1 1
H
2 1
H
3 1
H
氢的三种同位素；
U 2 3 5
92
U 2 3 8
以原子质量M 表示，一般手册都为给出原子质量，
得到： M Z ,A m Z ,A Zem B Z , A Z 1 , 1 c 2 M A Z m n c 2 M Z , A c 2
15
比结合能及比结合能曲线
比结合能（平均结合能） ：
Z ,A B Z ,A A
单位是 MeV/Nu，Nu代表核子。
12
原子核结合能的概念
质量亏损
原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和的，少
的那部分质量称为质量亏损(Mass Defect)。表示为 mZ,A
m Z ,A Z p m A Z m n m Z ,A
原子核半径近似正比于A1/3，原子核体积近似正比于A。
6
原子核的密度（单位体积的核子数）：
nV A4/3A R343r031308 /cm 3
一个核子的质量
m N1 .6 6 1 0 24 g
则核物质的密度：
NnN m 1.6 6 110 g 4/c3 m
可见，原子核密度为常数，且非常大。
7
原子核物理常用术语及意义
92
铀的二种同位素。
某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰 度。
1 1
H
2 1
H
99.985%、0.015%
1 6 O 1 7 O 1 8 O 99.756%、0.039%、0.205%
U 2 3 5
92
U 2 3 8
92
0.724%、99.276%
9
3).稳定核素和放射性同位素
1 1
原子的质量几乎全
集中在原子核上
++
电子的质量仅为质
+
子质量的1/1ຫໍສະໝຸດ Baidu40。
一个电子所带的电 荷为1.6×10-19库 仑（C），定义为 单位电荷。
原子核 中子 质子 电子 (电子云)
4
原子核的表示
核子数
元素符号
质子数
A Z
X
N
XA 中子数
ZN
原子质量单位等于一 个碳－12核素原子质 量 的 1/12 ， 记 为 u 。 1u=1.6605655×10-27 kg。
质子和中子质量几乎 一样，分别为：
mp = 1.00727644u
mn = 1.00866522u
实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关系，所以用符
号AX足以表示一个特定的核素 11H,21H,31H
5
原子核的大小
原子核的半径
Rr0A1 3
原子核的体积
V3 4R33 4r03AA
ro为原子核半径常数（1.2×10-13 cm），A为原子核的质量数
H
2 1
H
3 1
H
氢的三种同位素具有相同的化学性质，
但其放射性却不同。
其中，稳定同位素为：
1 1
H
2 1
H
99.985%、0.015%
而3H 为放射性同位素，具有β放射性，放出最大能量约
为18KeV的β射线，其半衰期12.3年
。
10
4). 人工放射性核素
人工放射性核素是指非天然和自然界的因素生成的放射 性核素，而是在反应堆或加速器所生成。 广泛的放射源---钴源（60Co）就是在反应堆中生成。将金属 钴，即59Co ，其丰度100%，放在反应堆孔道内，利用中子照 射59Co ，发生如下核反应：
所有的核都存在质量亏损，即 m Z,A 0
13
原子核结合能的概念
氘是氢的同位素，氘( 2
1
H
)由一个中子和一个质子所
组成。
中子的质量： mn 1.00866u5 质子的质量： mp 1.00727u6
mn mp 2.0159u41
而氘核的质量： m1,22.014u 102
可见，氘核的质量小于组成它的质子和中子质量之和，两
比结合能的物理意义：原子核拆散成自由核子时，外界对 每个核子所做的最小的平均功。 或者说，它表示核子结合成 原子核时，平均一个核子所释放的能量。
比结合能表征了原子核结合的松紧程度： 比结合能大，核结合紧，稳定性高； 比结合能小，核结合松，稳定性差。
16
比结合能曲线： 7.07
1).核素（nuclide）
具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核 或原子称为核素。
核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不 同的核素。
20886Tl
90 38
Sr
60C o
208 82
Pb
3991Y
58C o
两种核素，A同，Z、N 不同。 两种核素，N 同，A、Z 不同。 两种核素，Z 同，A、N 不同。
辐射剂量学
谢腾飞 南华大学核科学技术学院教授
TEL:0734-8160771,15096001925 E-mail:272710xtf@163.com
2011.03
1
原子核与放射性的物理基础
1.原子与原子核的组成
2.放射性粒子产生的原因
3.质量亏损
4.衰变规律
5.射线与物质作用的机制
6.射线减弱规律
2
2.1 原子与原子核
自然界存在的一切物质，都是由不同的元素组成。元 素的基本单位是原子。原子表征量为物质的物理、化学性 质和光谱特性。
原子核由质子和中子组成，质子和中子通称为核子。 其表征为原子核的放射性。
3
现代原子结构
原子的直径约为 10-10米。
原子核在中心约原 子 直 径 的 1/10000 。
59Con,60Co
工业上应用于食品和医疗器具的杀菌、消毒的钴源
（ 60Co ），其活度达几十万至百万居里（Ci）。
11
5).核素和核素图
根据原子核的稳定性, 可以把核素分为稳定的核素和不稳定的 放射性核素。原子核的稳定性与核内质子数和中子数之间的比 例存在着密切的关系。
我们可以把核素排 在一张所谓核素图上。
者之差为
m 1 ,2 m n m p m 1 ,2 0 .00u 183
14
原子核结合能的概念
既然 △m>0，则相应的能量就减少，表明当若干质子 和中子结合成一个核时，将释放一部分能量，这个能量称 为叫结合能。
B Z ,A m Z ,A c 2
B Z ,A Z p c 2 m A Z m n c 2 m Z ,A c 2
60Co 60mCo
两种核素，A、Z、N 同，能态不同。 8
2).同位素（Isotope）和同位素丰度
具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素。 (即Z相同，N不同，在元素周期表中处于同一个位置，具有基 本相同化学性质。)
1 1
H
2 1
H
3 1
H
氢的三种同位素；
U 2 3 5
92
U 2 3 8
以原子质量M 表示，一般手册都为给出原子质量，
得到： M Z ,A m Z ,A Zem B Z , A Z 1 , 1 c 2 M A Z m n c 2 M Z , A c 2
15
比结合能及比结合能曲线
比结合能（平均结合能） ：
Z ,A B Z ,A A
单位是 MeV/Nu，Nu代表核子。