核技术基础知识

4 ev 40-50 eV
TNT 爆炸自身释放能量，每个分子 30 eV
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第三节 放射性衰变
基本衰变——衰变
+ +
+
++
+
放射性母+核!!
+ +
A≥200
从母核中射出
的4He原子核
238U4He + 234Th
粒子得到大部分衰变能
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衰变——241Am 237Np
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基本衰变——衰变
发生原因：母核中子或质子过多
1 各原子核中，每个 核子的平均结合能 随质量数而变化 6-9 MeV
2 中等重量的原子核 的比结合能较大
释放能量途径Baidu Nhomakorabea 1）重核裂变 2）轻核聚合成原子核
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• 释放能量举例
252Cf α自发裂变
中子引起 235U 裂变
H 原子核聚合 H 的燃烧 太 阳 能
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例：估算裂变释放的能量
n + 235U (236U) X + Y + E
假设裂变成质量相等的两块 质量数各约为118
235U 核子平均结合能
7.6 MeV
质量数为118的原子核平均结合能 8.6 MeV
两者平均结合能差
1 MeV
230多个核子
总的 E = 200 MeV!
比较 : 裂变能 n + 235U X + Y+ E
200 MeV
化学能 C + O2 CO2 + E 汽油与氧的爆炸，一个分子释放
中微子
+
+ ++
+ +
+
+ +
+ 质子转变成中子，并且 带走一个单位的正电荷
中子转变成质子，并且 带走一个单位的负电荷
－
反中微子
三种子体分享裂变能——因此电子具有连续能量 18
基本衰变——衰变（动画）
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衰变——3H 3He
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正衰变——11C 11B
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电子俘获
质子变成中子
X射线
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电子俘获——7Be 7Li
稳定原子核基本上类似与球体
原子核的半径 R = r0A1/3 原子核半径常数
r0 = 1.2 10-15 m = 1.2 fm
A 原子核的质量数
R
例如：238U 7.4 fm 7
2) 原子核的质量
电子 me = 9.1×10-31 kg = 5.48×10-4 u = 0.511 MeV/c2
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基本衰变——衰变
+
+ ++
+ +
+
+ +
光子
－
反中微子
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基本衰变——衰变
衰变特点：
1、从原子核中发射出光子 2、常常在 或 衰变后核子从激发态退
激时发生 3、产生的射线能量不连续 4、可以通过测量光子能量来鉴定核素种类
类别
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衰变——3He* 3He
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α 衰变 β+ 衰变
β- 衰变 衰变
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第四节 放射性衰变规律
半衰期 (T1/2)
定义：一定量的某种放射性原子核衰变至原来
的一半所需要的时间。
时间 t 0 1 2
3
4
5
n
(T1/2 )
放射性原 N0 子核数目
N0 /2 N0 /4 N0 /16 N0 /32 N0 /64 N0 /2n
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3) 核物质密度
原子核中核子紧密挤在一起 根据 = M/V 计算 核物质密度 :
~ 2.3 1014 g/cm3 1 cm3 核物质 2 亿吨重 !
黑 洞 1018 核物质 1014 中子星 109 白矮星 105
水1 密度比较 g/cm3
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4) 原子核结合能和原子核稳定性
天平为何倾斜?
中子数 不同 相同 不同
质量数 不同 不同 相同
举例 1H 2H 3H 2H 3He 3H 3He
其它： 稳定核素和不稳定核素 稳定同位素和不稳定同位素 放射性核素和非放射性核素
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第二节 原子核的基本性质
1) 原子核的大小
实验发现:原子核内的质子+中子 紧密地挤靠在一起，核子之间没 有什麽空隙（与原子情况不同).
亏损的质量哪里去了?
质能关系 E=MC2
ΔE(4He)= Δ M (4He) C2 = 27.27 MeV 亏损的质量转化为能量
氦原子核的结合能是 27.27 MeV
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• 原子核结合能
定义:质子和中子结合构成原子核时所释放的能量 原子核的结合能越大（质量亏损越大）原子核越稳定
表: 比结合能 (原子核结合能/核子数)
质子 mp = 1.007276 u = 938.256 MeV/c2 中子 mn = 1.008665 u = 939.550 MeV/c2
原子核质量 = 原子质量 — 全部电子的质量 MN(Z,A) = Ma(Z,A) — Z me 忽略了电子的结合能 （ eV 量级）
原子的质量可以用质谱计精确测量(有表可查) 原子核质量可以精确确定
核素 ：具有确定质子数和中子数的原子核称做核素
核素是原子核的一种统称
核素 氦-4 碳-12 碳-13 碳-14
质子数 2 6 6 6
中子数 2 6 7 8
质量数 符 号
4
4He
12
12C
13
13C
14
14C
5
同位素 定义：质子数相同而中子数不同的核素互为同位素。
名称 同位素 同中子素 同量素
质子数 相同 不同 不同
Course on Nuclear Technology and it’s Application
（核技术及应用课程）
P.J. Cheng（程品晶） School of Nuclear Science and Technology
Nanhua University （南华大学核科学技术学院）
1
第二章 核技术基础知识
核素
2H 3He 4He 6Li 7Li
比结合能 核 素 MeV
1.112 2.573 7.07 5.33 5.61
12C 16O 56Fe 107Ag 208Pb
比结合能 核素 比结合能
MeV
MeV
7.68 7.98
235U 7.59 238U 7.57
8.79 最大
8.55
7.87 12
• 原子核平均结合能(比结合能 )曲线
轻 重
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• 质量亏损
氦原子核（ 4He）由2个质子 + 2个中子构成
2个质子质量 + 2 个中子质量 =﹖原子核 4He 的质量
2 x 1.007276 + 2 x 1.008665 - 4.002603 ΔM (4He) = 4.031882 - 4.002603 = - 0.029279 u
• 第一节 现代原子结构 • 第二节 原子核的基本性质 • 第三节 放射性衰变 • 第四节 放射性衰变规律 • 第五节 核辐射与物质的相互作用 • 第六节 核辐射量度及其单位 • 第七节 核科学的基本工具与测量
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第一节 现代原子结构
原子核
中子
++
+
质子
电子 (电子云)
3
现代原子结构
4
核素及符号表示