原子核物理教学大纲

《原子核物理》教学大纲

课程名称：原子核物理

课程性质：专业必修课

课程教学目的：

本课程是一门原子核理论和医学相结合的课程，它是原子核物理应用中的一个重要领域。通过该门课程的学习，使学生了解和掌握原子核的基本性质和结构、放射性现象及一般规律、电离辐射的生物效应，还有对核辐射剂量学、放射性测量学以及医学照射计量学进行初步的学

习和了解。

课程教学原则与教学方法：

原子核物理学是现代物理学的重要内容，作为应用物理专业的学生，原子核物理学的基础知识理论成为必要的学习内容。因此本门课程首先把基础知识和基本技能教给学生，使得学生扎实地学好，然后再介绍相关现代科学技术的重要成果。同时，在原子核理论与医学相结合的过程中，要注意培养学生的思维能力和运用所学知识来分析和解决问题的能力。

本课程以讲授为主，然后在课程中会介绍与核辐射相关的案例以及实验等。

课程总学时：36学时

课程教学内容要点及建议学时分配：

第三章：原子核的基本性质及核力（3学时）

第一节原子核的组成

第二节原子核的自旋和宇称

第三节核力

说明：

①明确原子核是由核子（中子和质子）组成的，原子核半径的两种含义以及结合能与质量的关系。

②掌握核自旋的概念，以及核磁矩、宇称和电四极矩的计算方法。

③明确核力的特性及其产生机制。

第四章原子核的结构模型（4学时）

第一节液滴模型和费米气体模型

第二节壳层模型

第三节集体模型

说明：

①明确能较为成功的解释结合能半经验公式的两个核结构模型，即液滴模型和费米模型，并且了解其所提出的事实依据。

②正确掌握幻数及其对壳层结构的几个实验事实的支持，明确单粒子壳层模型和强自旋-轨道耦合壳层模型所提出的事实依据及其应用。

③了解核的形变的原因和导致的结果，以及尼尔森的形变壳层模型和集体模型。

第五章原子核反应（5学时）

第一节原子核反应的基本理论

第二节原子核反应的基本类型

第三节原子核反应的基本过程

说明：

①明确实验室坐标系与质心坐标系之间的物理量变换方法，核反应截面的精细平衡原理和分波分析，核反应的两种模型和Q方程的数学表达式。

②掌握原子核反应的三种基本类型，即直接反应、复合核生成与衰变及原子核的裂变和聚变。

③了解原子核反应的三个基本过程。

第六章原子核的放射性衰变（4学时）

第一节放射性现象的发现和描述

第二节放射性衰变的基本规律

说明：

①使学生掌握α衰变、β衰变和γ衰变的基本理论，四个放射性核素系所含核素以及它们之间的比较。

②明确放射性衰变的动力学过程，放射性活度、比活度和放射性纯度、强度的计算方法，以及怎样用衰变图来描述衰变过程。

第七章射线与物质的相互作用（4学时）

第一节射线与物质的相互作用

第二节射线与物质的相互作用

第三节射线与物质的相互作用

第四节中子与物质的相互作用

说明：

①明确射线与物质的相互作用过程中射程与能量关系式，以及作用过程中的能量传递情况。

②明确射线与物质的相互作用过程中碰撞电离的射程与射线能量的关系，以及粒子与物

质作用的能量损失。

③熟练掌握射线与物质的相互作用的三种结果，即光电效应、康普顿效应和电子对效应，以及物质对射线的减弱和能量吸收。

④要求学生了解实用中子源和中子的种类，以及中子与物质的相互作用机制。

第八章电离辐射的生物效应（学时）

第一节细胞效应

第二节基因效应和细胞的修复系统

第三节全身照射和临床效应

第四节电离辐射生物效应的动力学机制

说明：

①理解电离辐射所引起的细胞变化，细胞对辐射的敏感性。

②了解基因效应的概念和产生原因，细胞的两个修复系统，即骨髓修复系统和胃肠修复系统。

③了解全身照射的定义及引起的两种临床效应，即急性放射病综合征和造血系统综合征。

④理解随机效应和非随机效应的概念，以及自由基的作用机制。

第九章核辐射计量与防护（学时）

第一节基本计量与防护

第二节电离辐射剂量的估算和应用

第三节电离辐射的安全与防护

说明：

①明确吸收剂量、比释动能、照射量率、剂量当量和有效剂量当量的单位及其测定方法。

②理解γ放射源的源强的估算方法，α和β辐射表面源和均匀分布源的剂量估算方法、内照射剂量评价的MIRD法以及中子源的吸收剂量的计算方法。

③了解电离辐射的安全评价标准，以及防护的基本原则和措施。

第十章放射性测量（学时）

第一节放射性衰变的统计特性

第二节放射性测量的非独立性

第三节放射性测量的限度

第四节放射性剂量的测量

说明：

①确切理解核衰变的相关记录方法，以及放射性测量结果的正确表达。

②了解放射性测量的非独立性的原因。

③明确放射性测量的探测下线和最小可探测活度，以及测量仪器的品质因数。

④了解气体电离型探测器的结果分析，并且掌握照射量和吸收剂量的测量和换算的方法。

第十一章医学辐射剂量学基础（4学时）

第一节临床计量学的测量和标定

第二节医用辐射场的剂量学计量

第三节放射治疗计划的制定和介入疗法

说明：

①确切理解通过照射量计量吸收剂量的基本原理以及用电离室测量吸收剂量的基本技术。

②了解医用辐射场的剂量学计量的深度效应和界面效应，学会形状不规则的辐射场的剂量估算方法以及等剂量曲线的描绘。

③学会制定放射治疗计划和放射性介入疗法的治疗计划，以及放射治疗中的辐射防护问题。

教材和主要参考书

1．翟建才，《简明医用原子核物理学》北京原子能出版社， 2004

2．卢希庭，《原子核物理》北京原子能出版社，2000

3．杨福家、王炎森、陆福全，《原子核物理》上海复旦大学出版社，1993

4．王炎森、史福庭，《原子核物理学》北京原子能出版社， 1998

课程考试与要求：

本考试为闭卷、笔试方式，考试时间为110分钟。