衰变及衰变规律

原子及原子核结构
物质的组成
分子
分 裂 构 成
物质
原子
得失电子
离子
原子及原子核结构
原子的构成
原子核
（带正电）
电荷
实际质量
质子 +1 1.6726×10-27kg 1.007 中子
原子
不显电性
0 -1
1.6748×10-27kg 1.008 (1.6748×10-27) kg 1836
核外电子
（带负电）
可知： -n t = n T1/2 时 N = 2 N0 这是一个由实验可以测出来的规律, 对其两边取 自然对数：
所以可得：
lnN = ln( 2 N0 ) -n = ln2 + lnN0 = -nln2 + lnN0 = lne-nln2 + lnN0 = lnN0e-nln2 N = N0e-nln2
P ：T1/2 = 14.3天
Co：T1/2 = C ：T1/2 = 5720年 ：T1/2 =4.5109年
238U
衰变及衰变规律
衰变常数
λ：称为衰变常数 单位时间内每个原子核发生衰变的几率。 衰变常数的大小表征原子核衰变的快慢程度。
衰变及衰变规律
放射性活度
定义：
A= λN
单位时间内原子核发生衰变的次数。 单位：秒-1
A Z
Y Y γ
A Z
Y* 表示处于激发态的原子核。

衰变及衰变规律
衰变纲图
60Co(T = 5.27a)
– 0.311MeV(100%) 1 2
60Ni
1.17MeV 1.33MeV 0
60Co的衰变过程
衰变及衰变规律
衰变纲图
5.4% 94.6%
衰变及衰变规律
衰变规律
T 假定测量时间为t,经过 1 2 时间后，原子核的
Contents
核辐射物理学基础
前言
物理量单位介绍：
1.电量单位：
库伦（C） 单位电量 e： 1e=1.6X10-19C 2.能量单位： 焦耳（J） 1J=1CV eV 电子伏特
主要内容
一、原子及原子核结构 二、衰变及衰变规律 三、X射线的产生及其特点 四、射线与物质的相互作用
一、原子及原子核结构
A
Z
X
元素符号
原子及原子核结构
核素举例
238 92
U
60 26
Co
137 55
Cs
铀-238
钴-60
铯-137
原子及原子核结构
同位素
具有相同质子数，不同中子数的核素，由于 它们在元素周期表中处于相同的位置，因此将它 们互称为同位素。
原子及原子核结构
同位素
234
U
235 17
U
238U 18
16
数量为
N0 2
T1 2
为半衰期
衰变及衰变规律
衰变规律
N0 N N t 0
N t
2 N0 N 2
0
N 0N 0 4 4
8 N 0N 8
0
0
0
T1 2T1 2 3 T T 12 2 2T 1 2 12
tt
衰变及衰变规律
衰变规律
t
N
… t = nT1/2
… 2-nN0
n= t/T1/2
衰变及衰变规律
A-4 Z-2
222 86
Y + He
4 2
4 2
Ra Rn He ( α)
衰变及衰变规律
0.186MeV
衰变及衰变规律
β衰变
β衰变的种类：
β- 衰变
β+ 衰变
EC(轨道电子俘获)
衰变及衰变规律
β-衰变表达式
A
ZX
例如
A Z+1
234 91
Y+
e
+ v

_
234 90
Th Pa e
*相当于原子核中一个中子变为一个质子和一个电子
-n
衰变及衰变规律
衰变规律
定义：
T1 / 2 =
ln 2

=
0.693

t
可得：
N = N 0e
上式为由于原子核的衰变，原子核的数量随时 间按指数规律减少。
衰变及衰变规律
半衰期
不同核素的T1/2值差别很大，几种常用放射性核 素的半衰期是：
24Na ：T 32 60 14 1/2
= 15.6小时 5.3年
o
o
o
同位素具有相同的元素符号
二、衰变及衰变规律
衰变及衰变规律
核素的分类
稳定性核素 不稳定核素 (放射性核素）： 不稳定的核素会以什么样的方式存在呢？
衰变！
衰变及衰变规律
衰变的概念
放射性核素发生核内结构或能级的变化，同时 自发地放出一种或一种以上的射线而转变成另一种 核素的过程为“核衰变”。
原子核所具有衰变特性称为放射性。
法定单位：贝克勒尔（Bq）
1Bq每秒钟发生一次衰变
衰变及衰变规律
放射性活度
N = N 0e
t
A= N = N0 e - t = A0 e - t
A = A0e
t
原子核的放射性活度随时间按指数规律减少。
衰变及衰变规律
放射性活度的单位
单位：秒-1 法定单位：贝克勒尔（Bq） 1Bq每秒钟发生一次衰变
衰变及衰变规律
衰变的种类
根据衰变放出射线的种类
α衰变
β衰变 γ衰变
衰变及衰变规律
α衰变
具有放射性的原子核放射出 α 粒子而转变成另 外一种核素的过程。 + α粒子：高速运动的氦原子核。 子 核 + + 母 核
+ + +
+
+ + + + +
+
α粒子， 即氦核
衰变及衰变规律
α衰变表达式
A
ZX
226 88
1kBq＝103Bq 1MBq＝106Bq
衰变及衰变规律

衰变及衰变规律

计算实例
衰变及衰变规律
计算实例
半衰期：T1/2=1600×365×24×3600=5.04×1010s；
衰变常数：λ=0.693/T1/2=1.375×10-11s-1 原子核数量： N=(m/M)NA=(1×10-3/226)×6.02×1023 =2.665×1018 放射性活度： A = λN = 3.664×107s-1 = 3.664×107Bq
原子及原子核结构
原子核的大小
原子核半径小于原子半径的万分之一，体积占原子体积的几千亿分之一。
原子的质量集中在原子核。
原子及原子核结构
核外电子排布
核外电子的排布：壳层结构 壳层结构是构成物质化学 性质的根源。
原子及原子核结构
核素的概念
把质子数相同，中子数也相同，核能级处于同 一状态的一类原子核， 称为同一种核素。 质量数 （质子数+中子数） 原子序数 （质子数）
衰变及衰变规律
β+衰变表达式
A
ZX
A Z-1
Y+
+ e
+v
例如
Hale Waihona Puke Baidu
12 7
N C e
12 6

*相当于原子核中一个质子子变为一个中子和一个正电子
衰变及衰变规律
EC表达式
A Z
X
+
e
A Z-1
Y
7 3
7 4
Be e Li
0 1
衰变及衰变规律
γ衰变
核素由高能态向低能态或激发态向基态跃迁的过程 中释放出γ射线或称光子，单纯γ衰变时子核的质量和 原子序数均不变，只是能量状态的改变。 射线是一种高能光子（电磁波）。