第十章原子核物理讲义--精品PPT课件
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同一物质中，相同能量的α粒子的 电离比值比β粒子大得多
四、 能谱
能谱—连续谱 E0/3处的粒子最多 平均能量接近E0/3
§2 放射性衰变规律
一、衰变定律和衰变常数
1.放射性衰变定律(law of radioactive decay) 设 t 时刻母体核数为N，dt 时间内衰减掉
核数dN，则 dN N
dt
NN0et
2. 衰变常数
dN dt
1. 衰变
母子 核核
粒
α子
粒飞
子
出 的
动
能
位移法 Z A X 则 Z A 4 2Y2 ： 4HeQ
例： 2828 R 6 a282R 62 n 2 4HeQ
2. 衰变和电子俘获(electron capture-EC) 衰变位移法则：
Z AXZA 1Y10e00 Q, 衰变 Z AXZA 1Y10e00 Q, 衰变
β－粒子 反中微子 β+粒子 中微子
例： 1 35 P 2 1 3S 6 21 0e0 0 Q
1 7N 3 1 6 C 3 1 0 e 0 0 Q
核如果因质子过多而不稳定时，除通过 + 衰变 来调整外，还可以以电子俘获(electron capture-EC)
EC位移法则：
Z AX1 0e Z A 1Y0 0 Q
NN0et
N 0 / 2 N 0e t 2 e t Tln 20.69
T ln2 0.693
衰变定律半衰期表达式
N
ln 2 t
N 0e T
N
0
(
1 2
)
t T
tT,
N
1 2
N
0
t 2T ,
N
1 22
N0
t nT ,
N
1 2n
N0
三、平均寿命
1 t ( N) d t t e t d t 1
第十章原子核物理--精品PPT课件
精品jin
§1 原子核衰变
一、原子核的组成
原子 中 质核 子 子 （ （ 原 核数 数 子 外 A原 量 量 量 电 原 子 子 Z 子 )序 Z)
同一种元素可具有不同原子核：如天然 存在的铀元素，有中子数分别为142、143、 146三种原子核。
1.核素(nuclide)
N
单位：1/s
（ 单位时间内衰变掉的母核数和该时刻存在 的母体核总数之比——每个原子核单位时 间内衰变的概率）
λ是表征核衰变速度的物理量，其值 由核素本身决定
如： 22R 2 n:0.297106s1 60Co:4.439109s1
λ的大小决定了核衰变的快慢，λ越 大，衰变越快；反之，则越慢
2. 半衰期(half-life) ——放射性核数衰减一半所需的时间T
的核素
例：
267 C 0 o 62m 0C 7 o
（以m表示原子核处于寿命较长能级较 高的激发态）
二、核的稳定性
中等质量的核的核子平均结合能比轻核和
重核都大，因此中等核最稳定。
最 常
Z < 20
见 的
N/Z≈1
稳
Z > 20
定 核
N / Z≈ 1.5
的
Z=82的
中 子
铅(Pb)以后，
质
天然存在的
子
例：
55 26
பைடு நூலகம்
Fe
0 1
e
55 25
Mn
0 0
Q
3. 跃迁和内转换 ——核从高能态向低能态跃迁放出 光
子的过程
X Ym Y
母子 子 核核 核
激基 发态 态
内转换(internal conversion) ——核从高能态向低能态跃迁将能量
传递给核外电子的过程
原子核激发态的寿命通常是非常短的， 大约在10-13秒内就完全衰变到基态。因此这 些 光子和内转换电子可以看成是伴随 或 粒子发出的。
核素都具有
图
放射性。
-
表10-2 稳定核素数目与核子奇偶性关系
Z
N
稳定核数
偶
偶
163
偶
奇
57
奇
偶
50
奇
奇
4
三、放射性核素的衰变类型
核衰变——原子核自发地放射某种射线而转
变成其它核素
如：
天然放射性核素 2828R 6 a
2826R2 n
从反应堆和加速器
P 产生的放射性核素 32 15
放出射线
1362S
AdNN
dt
N 0 e tA 0 e t
AA 0et A 0elT n 2t A 0(1 2)T t
单位：贝克勒尔 1Bq=1s-1 （每秒有一个核衰变）
居里 1ci=3.7×1010 Bq 毫居里 1mci=3.7×107 Bq
【例】放射性物质中有两种放射性核素，T1
为一天，T2为8天，刚开始时A01为A02的128倍， 经过多少时间A1和A2相等？
——具有一定中子数、质子数和一定能量状 态的原子核
符号表示：
质量数＝Z(质子
A Z
X
数)＋N(中子数)
元素符 号
电荷数 Z(质子数)
2.同位素(isotope) ——电荷数相同质量数不同的核素
例：
1 1
H
（氕）
2 1
H
（氘）
3 1
H
（氚）
3.同质异能素(isomer) ——电荷数和质量数相同但能量状态不同
解上式微分方程
N 2 2 1 1N 1(0 e 1 t e 2 t )N 2e 0 2 t
若t＝0时，N2＝N20＝0
N22 11N10 (e1te2t)
e 0 t ＞ 5T2
t 2
N2
1 2 1
N e1t 10
N1 2 1
N2
1
若1＜＜ 2，则 2-1 2 得
N2
1 2
N1
§3 射线与物质的相互作用
【解】
五、放射平衡
母体核 子体核 孙代子体 放射系
在母体的半衰期大于子体半衰期的情况 下，经过相当时间后，子体每秒衰变的核素 将等于它从母体衰变而得到补充的核数，子 体的核数不再增加，达到放射平衡
(radioactive equilibrium)。
单位时间内衰变掉的母体核数
dN1 dt
1N1
单位时间内子体核数的净增加率为 ddNt 2 1N1 2N2
N 0 0
0
2
1
T 1.44T
0.693
衰变定律曲线
1> 2T 1 < T 2 1< 2
60 27
Co
的半衰期 T = 5.27年,其衰变常数
= 0.132/年 ,平均寿命 = 7.59年 .
四、放射性活度(radioactivity)
——放射源在单位时间内发生衰变的核 数，也称放射性强度
一、带电粒子和物质的相互作用方式
1.电离和电离比值
电离比值(Specific Ionization SI) ——每厘米路径上所产生的离子对数 线性能量转移(Linear Energy Transfer LET) ——每单位径迹长度上的能量损耗,也称传
能线密度
LET=SI×W
电离比值与带电粒子的速度成反比、 电荷和物质的密度成正比
四、 能谱
能谱—连续谱 E0/3处的粒子最多 平均能量接近E0/3
§2 放射性衰变规律
一、衰变定律和衰变常数
1.放射性衰变定律(law of radioactive decay) 设 t 时刻母体核数为N，dt 时间内衰减掉
核数dN，则 dN N
dt
NN0et
2. 衰变常数
dN dt
1. 衰变
母子 核核
粒
α子
粒飞
子
出 的
动
能
位移法 Z A X 则 Z A 4 2Y2 ： 4HeQ
例： 2828 R 6 a282R 62 n 2 4HeQ
2. 衰变和电子俘获(electron capture-EC) 衰变位移法则：
Z AXZA 1Y10e00 Q, 衰变 Z AXZA 1Y10e00 Q, 衰变
β－粒子 反中微子 β+粒子 中微子
例： 1 35 P 2 1 3S 6 21 0e0 0 Q
1 7N 3 1 6 C 3 1 0 e 0 0 Q
核如果因质子过多而不稳定时，除通过 + 衰变 来调整外，还可以以电子俘获(electron capture-EC)
EC位移法则：
Z AX1 0e Z A 1Y0 0 Q
NN0et
N 0 / 2 N 0e t 2 e t Tln 20.69
T ln2 0.693
衰变定律半衰期表达式
N
ln 2 t
N 0e T
N
0
(
1 2
)
t T
tT,
N
1 2
N
0
t 2T ,
N
1 22
N0
t nT ,
N
1 2n
N0
三、平均寿命
1 t ( N) d t t e t d t 1
第十章原子核物理--精品PPT课件
精品jin
§1 原子核衰变
一、原子核的组成
原子 中 质核 子 子 （ （ 原 核数 数 子 外 A原 量 量 量 电 原 子 子 Z 子 )序 Z)
同一种元素可具有不同原子核：如天然 存在的铀元素，有中子数分别为142、143、 146三种原子核。
1.核素(nuclide)
N
单位：1/s
（ 单位时间内衰变掉的母核数和该时刻存在 的母体核总数之比——每个原子核单位时 间内衰变的概率）
λ是表征核衰变速度的物理量，其值 由核素本身决定
如： 22R 2 n:0.297106s1 60Co:4.439109s1
λ的大小决定了核衰变的快慢，λ越 大，衰变越快；反之，则越慢
2. 半衰期(half-life) ——放射性核数衰减一半所需的时间T
的核素
例：
267 C 0 o 62m 0C 7 o
（以m表示原子核处于寿命较长能级较 高的激发态）
二、核的稳定性
中等质量的核的核子平均结合能比轻核和
重核都大，因此中等核最稳定。
最 常
Z < 20
见 的
N/Z≈1
稳
Z > 20
定 核
N / Z≈ 1.5
的
Z=82的
中 子
铅(Pb)以后，
质
天然存在的
子
例：
55 26
பைடு நூலகம்
Fe
0 1
e
55 25
Mn
0 0
Q
3. 跃迁和内转换 ——核从高能态向低能态跃迁放出 光
子的过程
X Ym Y
母子 子 核核 核
激基 发态 态
内转换(internal conversion) ——核从高能态向低能态跃迁将能量
传递给核外电子的过程
原子核激发态的寿命通常是非常短的， 大约在10-13秒内就完全衰变到基态。因此这 些 光子和内转换电子可以看成是伴随 或 粒子发出的。
核素都具有
图
放射性。
-
表10-2 稳定核素数目与核子奇偶性关系
Z
N
稳定核数
偶
偶
163
偶
奇
57
奇
偶
50
奇
奇
4
三、放射性核素的衰变类型
核衰变——原子核自发地放射某种射线而转
变成其它核素
如：
天然放射性核素 2828R 6 a
2826R2 n
从反应堆和加速器
P 产生的放射性核素 32 15
放出射线
1362S
AdNN
dt
N 0 e tA 0 e t
AA 0et A 0elT n 2t A 0(1 2)T t
单位：贝克勒尔 1Bq=1s-1 （每秒有一个核衰变）
居里 1ci=3.7×1010 Bq 毫居里 1mci=3.7×107 Bq
【例】放射性物质中有两种放射性核素，T1
为一天，T2为8天，刚开始时A01为A02的128倍， 经过多少时间A1和A2相等？
——具有一定中子数、质子数和一定能量状 态的原子核
符号表示：
质量数＝Z(质子
A Z
X
数)＋N(中子数)
元素符 号
电荷数 Z(质子数)
2.同位素(isotope) ——电荷数相同质量数不同的核素
例：
1 1
H
（氕）
2 1
H
（氘）
3 1
H
（氚）
3.同质异能素(isomer) ——电荷数和质量数相同但能量状态不同
解上式微分方程
N 2 2 1 1N 1(0 e 1 t e 2 t )N 2e 0 2 t
若t＝0时，N2＝N20＝0
N22 11N10 (e1te2t)
e 0 t ＞ 5T2
t 2
N2
1 2 1
N e1t 10
N1 2 1
N2
1
若1＜＜ 2，则 2-1 2 得
N2
1 2
N1
§3 射线与物质的相互作用
【解】
五、放射平衡
母体核 子体核 孙代子体 放射系
在母体的半衰期大于子体半衰期的情况 下，经过相当时间后，子体每秒衰变的核素 将等于它从母体衰变而得到补充的核数，子 体的核数不再增加，达到放射平衡
(radioactive equilibrium)。
单位时间内衰变掉的母体核数
dN1 dt
1N1
单位时间内子体核数的净增加率为 ddNt 2 1N1 2N2
N 0 0
0
2
1
T 1.44T
0.693
衰变定律曲线
1> 2T 1 < T 2 1< 2
60 27
Co
的半衰期 T = 5.27年,其衰变常数
= 0.132/年 ,平均寿命 = 7.59年 .
四、放射性活度(radioactivity)
——放射源在单位时间内发生衰变的核 数，也称放射性强度
一、带电粒子和物质的相互作用方式
1.电离和电离比值
电离比值(Specific Ionization SI) ——每厘米路径上所产生的离子对数 线性能量转移(Linear Energy Transfer LET) ——每单位径迹长度上的能量损耗,也称传
能线密度
LET=SI×W
电离比值与带电粒子的速度成反比、 电荷和物质的密度成正比