第1章原子结构和电离辐射
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处于激发态的原子核是不稳定的，它会直接 退回或级联退回到低能的基态。
原子核从激发态向低能态转变时发射γ光子。 γ光子的能量等于两个能态所具有的能量之差。
二、核外电子结构
（一）核外电子的排布 按照玻尔的理论，原子核周围的每一个绕行电子
都有其一定的轨道，这些确定的轨道组成一系列的壳 层，每一壳层均可近似地看作是原子核的同心圆球。 最靠近原子核的叫K层，顺序往外称为L、M、N、O、 P、Q‥‥‥壳层。分别对应主量子数n＝1、2、、3、 4、5、6、7 ‥‥‥。每个壳层最多容纳的电子 数不 超过2n2个，每个原子的最外层电子数不得超过8个 （K层为最外时不超过2个）。
第一章 原子结构和电离辐射
驻马店卫生学校影像室 董战军
第一节 原子结构
自然界存在的一切物质，都是有元素组成的。 目前已知的地球元素有118种，其中94种是地 球上天然存在的。
原子都是由小而致密的原子核和核外高速绕行 的电子所组成的。
原子的直径约10-10m。
一个原子的结构就像太阳系一样，它的核如同太阳，围 绕的电子如同行星，并沿一定的轨道旋转。
α射线： α射线是由α粒子组成的放射线。 α粒子是由2个质子和2个中子组成的带 有2个正电荷的高速运动的氦核。
β射线： β射线是由 β粒子组成的放射线。 β粒子是带有一负电 荷的电子。是从原子 核内发射出来的，故 称为β粒子。衰变时， 放出的β粒子的能量 是一个连续的能量。
γ射线： γ射线是由γ光子组成的放射线。 γ光子 是一种中性高能光子，没有静止质量。 γ光子 与X射线光子本质相同，只是产生的途径不同。
把由于电子处于不同轨道而原子具有一系列不 连续的能量数值称为原子能级。
不同元素的原子，它们的能级值也各不相同。 但可用一定的能级公式算出。
原子能级还可以形象地用一系列平行直线表示， 每条水平线代表一个能级，各水平线间的距离 表示能级差的大小，以些标准绘制的图称为原 子能级图（图1-2）。
二、核外电子结构
（二）原子能级
以氢原子为例说明原子所具有的能量，若把已知
的常数代入上式，且Z＝1，得出氢原子的能级公式： E＝-13.6/n2，单位电子伏特（eV）。
当n＝1时 n＝2 n＝3 n＝4 n＝5 n＝…
E1＝-13.6eV E2＝-3.40eV E3＝-1.51eV E4＝-0.850eV E5＝-0.544eV En＝…
由图可知，随着n值的增大，能级间 的差愈来愈小。当n→∞时，相邻两 能级差趋近似于零。
结合力：原子核对核外电子有很的吸引力，这种力称 为结合力。
最靠近原子核的壳层电子结合力最大，距核越远的电 子结合力越小。结合力还与原子序数Z有关，Z越高， 核内正电荷越多，对电子的吸引力也越大。
➢ 结合能：把移走原子中某壳层轨道电子所需要的最小 能量，称为该壳层电子在原子中的结合能。
基态
→ ↑ 激发
受激态
hv ↗ → 基态 ↑ 跃迁
由此可见，当原子的壳层电子从一个能量为En2状态 过渡（激发或跃迁）到另一个能量为En1的状态时， 它将吸收（或发射）具有一定能量的光子。光子具有 的能量等于电子在跃迁前后所具有的能量差，即： E＝hv＝En2－En1
相对而言，原子核可以看成是不运动的，而电 子在运动。原子核只占据整个原子极小的一部 分空间，其直径不及原子直径的1/10000。 核外电子的直径比原子核小得多，却占据原子 大部分空间。
原子内有一个相对“很大”的空间，就像我们 的太阳系，星体之间都有很大的空间。所以一 个高速电子或高能光子可以很容易地穿过原子。
一、原子核
（一）原子核的组成 原子核：由带正电的质子和不带电的中子组成。
（二）放射性核素
各种元素原子的结构都很相似，但组成不同元
素的质子、中子和电子数目不同，因而决定不
同元素具有不同的性质。用符号 种原子。
A Z
X表示某
其中X代表元素的化学符号；Z为原子序数， 不同的Z值代表不同的元素，其值等于原子核 中的质子数，与绕在核外的电子数相等；A为 原子质量数，其值等于原子核中质子数和中子 数的总和，中子数目是A-Z。
原子序数（Z）＝质子数（p）＝电子数（e） 质量数（A）＝质子数（p）+中子数（n） 中子数（n）＝质量数（A）-原子序数（Z）
核素、同位素
1.核素的概念： 具有一定质子数、中子数，并牌特定能量
状态的原子或原子核称为核素。已知有2000 多种，分别属于100多种元素。 2.同位素的概念
具有相同质子数、不同的中子数的核素互 称为同位素。几乎所有的元素都有同位素。
核素：稳定性核素和不稳定性核素（放射性核素）。
1）稳定性核素：对核子总数有一定限度（一般为 A≤209），而且中子数和质子数应保持一定的比例 （一般为N/Z=1～1.5，也有个别例外）。
2）不稳定性核素（放射性核素）：任何含有过多核子 或N/Z不适当的核素，都是不稳定的。A≥209的核素。
放射性核素的原子核能自发地衰变放射出α、β和γ 射线，这个过程称为核衰变。
能级差的能量），电子跳跃到一更高的能级轨道上，此时原子不 稳定，称受激态。 ➢ 跃迁：激发态的原子 大极短的时间（10-8s）内，外层轨道电 子或自由电子填充空位，同时放出一个能量为hv的光子。（该光 子的能量大小取决于两轨道之间的能级差） ➢ 电离：电子吸收了足够大的能量而摆脱原子核的束缚而成为自 由电子。 ➢ 激发和电离都使原子的能量状态升高，使原子处于激发态而不稳 定的。
一般规律是，电子先将内层填满，然后逐层向外填。
二、核外电子结构
（二）原子能级 轨道电子具有一定能量＝动能和势能的代数和。 电子在轨道上运动时具有的能量为：
E 2 2me4Z 2 h2n2
E 2 2me4Z2 1.61019 h2n2
上公式单位是焦耳（J），下公式单位电子伏特（eV）
二、核外Байду номын сангаас子结构
➢ 原子能级是结合能的负值。原子中结合能最大的是K 电子，其能级最低；而结合能较小的外层电子能级则 较高。
二、核外电子结构
（三）原子激发和跃迁 ➢ 基态 （正常态）：原子处于最低能量状态，电子运行时如既
不向外界辐射也不向外界吸收能量，处于基态的原子最稳定。 ➢ 受激态（原子激发）：电子吸收了一定大小的能量后（某两个
原子核从激发态向低能态转变时发射γ光子。 γ光子的能量等于两个能态所具有的能量之差。
二、核外电子结构
（一）核外电子的排布 按照玻尔的理论，原子核周围的每一个绕行电子
都有其一定的轨道，这些确定的轨道组成一系列的壳 层，每一壳层均可近似地看作是原子核的同心圆球。 最靠近原子核的叫K层，顺序往外称为L、M、N、O、 P、Q‥‥‥壳层。分别对应主量子数n＝1、2、、3、 4、5、6、7 ‥‥‥。每个壳层最多容纳的电子 数不 超过2n2个，每个原子的最外层电子数不得超过8个 （K层为最外时不超过2个）。
第一章 原子结构和电离辐射
驻马店卫生学校影像室 董战军
第一节 原子结构
自然界存在的一切物质，都是有元素组成的。 目前已知的地球元素有118种，其中94种是地 球上天然存在的。
原子都是由小而致密的原子核和核外高速绕行 的电子所组成的。
原子的直径约10-10m。
一个原子的结构就像太阳系一样，它的核如同太阳，围 绕的电子如同行星，并沿一定的轨道旋转。
α射线： α射线是由α粒子组成的放射线。 α粒子是由2个质子和2个中子组成的带 有2个正电荷的高速运动的氦核。
β射线： β射线是由 β粒子组成的放射线。 β粒子是带有一负电 荷的电子。是从原子 核内发射出来的，故 称为β粒子。衰变时， 放出的β粒子的能量 是一个连续的能量。
γ射线： γ射线是由γ光子组成的放射线。 γ光子 是一种中性高能光子，没有静止质量。 γ光子 与X射线光子本质相同，只是产生的途径不同。
把由于电子处于不同轨道而原子具有一系列不 连续的能量数值称为原子能级。
不同元素的原子，它们的能级值也各不相同。 但可用一定的能级公式算出。
原子能级还可以形象地用一系列平行直线表示， 每条水平线代表一个能级，各水平线间的距离 表示能级差的大小，以些标准绘制的图称为原 子能级图（图1-2）。
二、核外电子结构
（二）原子能级
以氢原子为例说明原子所具有的能量，若把已知
的常数代入上式，且Z＝1，得出氢原子的能级公式： E＝-13.6/n2，单位电子伏特（eV）。
当n＝1时 n＝2 n＝3 n＝4 n＝5 n＝…
E1＝-13.6eV E2＝-3.40eV E3＝-1.51eV E4＝-0.850eV E5＝-0.544eV En＝…
由图可知，随着n值的增大，能级间 的差愈来愈小。当n→∞时，相邻两 能级差趋近似于零。
结合力：原子核对核外电子有很的吸引力，这种力称 为结合力。
最靠近原子核的壳层电子结合力最大，距核越远的电 子结合力越小。结合力还与原子序数Z有关，Z越高， 核内正电荷越多，对电子的吸引力也越大。
➢ 结合能：把移走原子中某壳层轨道电子所需要的最小 能量，称为该壳层电子在原子中的结合能。
基态
→ ↑ 激发
受激态
hv ↗ → 基态 ↑ 跃迁
由此可见，当原子的壳层电子从一个能量为En2状态 过渡（激发或跃迁）到另一个能量为En1的状态时， 它将吸收（或发射）具有一定能量的光子。光子具有 的能量等于电子在跃迁前后所具有的能量差，即： E＝hv＝En2－En1
相对而言，原子核可以看成是不运动的，而电 子在运动。原子核只占据整个原子极小的一部 分空间，其直径不及原子直径的1/10000。 核外电子的直径比原子核小得多，却占据原子 大部分空间。
原子内有一个相对“很大”的空间，就像我们 的太阳系，星体之间都有很大的空间。所以一 个高速电子或高能光子可以很容易地穿过原子。
一、原子核
（一）原子核的组成 原子核：由带正电的质子和不带电的中子组成。
（二）放射性核素
各种元素原子的结构都很相似，但组成不同元
素的质子、中子和电子数目不同，因而决定不
同元素具有不同的性质。用符号 种原子。
A Z
X表示某
其中X代表元素的化学符号；Z为原子序数， 不同的Z值代表不同的元素，其值等于原子核 中的质子数，与绕在核外的电子数相等；A为 原子质量数，其值等于原子核中质子数和中子 数的总和，中子数目是A-Z。
原子序数（Z）＝质子数（p）＝电子数（e） 质量数（A）＝质子数（p）+中子数（n） 中子数（n）＝质量数（A）-原子序数（Z）
核素、同位素
1.核素的概念： 具有一定质子数、中子数，并牌特定能量
状态的原子或原子核称为核素。已知有2000 多种，分别属于100多种元素。 2.同位素的概念
具有相同质子数、不同的中子数的核素互 称为同位素。几乎所有的元素都有同位素。
核素：稳定性核素和不稳定性核素（放射性核素）。
1）稳定性核素：对核子总数有一定限度（一般为 A≤209），而且中子数和质子数应保持一定的比例 （一般为N/Z=1～1.5，也有个别例外）。
2）不稳定性核素（放射性核素）：任何含有过多核子 或N/Z不适当的核素，都是不稳定的。A≥209的核素。
放射性核素的原子核能自发地衰变放射出α、β和γ 射线，这个过程称为核衰变。
能级差的能量），电子跳跃到一更高的能级轨道上，此时原子不 稳定，称受激态。 ➢ 跃迁：激发态的原子 大极短的时间（10-8s）内，外层轨道电 子或自由电子填充空位，同时放出一个能量为hv的光子。（该光 子的能量大小取决于两轨道之间的能级差） ➢ 电离：电子吸收了足够大的能量而摆脱原子核的束缚而成为自 由电子。 ➢ 激发和电离都使原子的能量状态升高，使原子处于激发态而不稳 定的。
一般规律是，电子先将内层填满，然后逐层向外填。
二、核外电子结构
（二）原子能级 轨道电子具有一定能量＝动能和势能的代数和。 电子在轨道上运动时具有的能量为：
E 2 2me4Z 2 h2n2
E 2 2me4Z2 1.61019 h2n2
上公式单位是焦耳（J），下公式单位电子伏特（eV）
二、核外Байду номын сангаас子结构
➢ 原子能级是结合能的负值。原子中结合能最大的是K 电子，其能级最低；而结合能较小的外层电子能级则 较高。
二、核外电子结构
（三）原子激发和跃迁 ➢ 基态 （正常态）：原子处于最低能量状态，电子运行时如既
不向外界辐射也不向外界吸收能量，处于基态的原子最稳定。 ➢ 受激态（原子激发）：电子吸收了一定大小的能量后（某两个