原子核和放射性.pptx

1 2

8.1
t T 8.1d N / N0 1/ 2
t 2T 16.2d N / N0 1/ 4
t 60d N / N0 0.59%
实际上，还应以180 天的生物半衰期 Tb 逐步排泄。
谢谢观赏Βιβλιοθήκη 2、平均寿命τ放射性核素平均生存的时间； 一个核衰变前存在的时间（寿命）：0～∝无
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三、中子与物质的相互作用 作用方式：散射——与核碰撞——核反冲、中子减
速变方向子易被含氢多的物质吸收，水、 石蜡） 核反应——打出质子或中子、或核发生 星裂高能中子用中等或重原子核的非弹 性散射来慢化
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核反应类型： ①非弹性散射 ( n , n ) 中子发射，能量减小，核处于 激发态； ②中子俘获 ( n , γ) 中子留在核内，结合能以光子形 式发射； ③电荷交换 ( n , p ) 中子留在核内，发射出一个质子。
1Gy 1J.kg -1
吸收剂量率：单位时间内的吸收剂量
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三：剂量当量 表示各种射线或粒子被吸收后引起生物效应的程度， 或对生命组织的危害 乘上适当修正系数的吸收剂量
H DQ
1Sv 1J.kg-1
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四、防护措施：
(1) 室内应有良好的通风条件； (2) 放射源与工作人员之间应保持最大距离；尽量减少受照射
的时间。 (3) 用铅或其它致密物质来屏蔽 射线和X射线，中子先用铁
铝慢化，再用水或石蜡来屏蔽中子射线； (4)β 采用中等原子序数的物质作为屏蔽材料，铝，玻璃 (5)α 戴上手套即可
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2、 原子核是个带电系统
原子核是一个带正电荷的旋转系统
自旋 具有动量矩和磁矩
3、原子核的能级是分立的。原子核可以处在不同的 能量状态上，即能级上，在外界作用下可以发生核能 级的跃迁。
在磁场的作用下，原来的一个 能级分裂成几个子能级。
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四、质量亏损和结合能
原子核
A Z
X
质量为mX，包含Z个质子和(A-Z)个
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五、原子核的稳定性
结合能表示：①核子结合成核时放出的能量； ②核的稳定程度。
平均（比）结合能：
把一个核子放入原子核里， 平均释放能量
例：
9 4
Be
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E 58 6.4MeV
A9
原子核的平均结合能曲线

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为了研究原子核的不稳定性，寻找不稳定性与 核所包含的质子数和中子数的关系，将核素都标 在核素图(chart of nuclides )上。
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二、半衰期和平均寿命 1、半衰期 T：放射性核数衰减为原有数量的一半所
需的时间 单位：s；min；h；d；a
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例题：131I 用于治疗甲状腺疾病。T=8.1d。服用 8.1d、 16.2d、60d后，现有核占原有核的百分之几？
t
N N0


1 2

8.1
8.1
N N0

4 2
H
e
子，转变为其他核素的过程。
Q主要为α粒子的动能
衰变纲图 氡
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三、β衰变 （包括β+、β－ 和K俘获三种方式）
1、β－ 衰变（天然，人工） ●中子数过多的原子核
P 32
15

S 32
16

0
-1
00
Q
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3、电子俘获 (electron capture，EC)
①α粒子 质量大（不易散射）； 运动速度慢； 带电量多
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②β粒子 质量小，径迹弯曲——散射 非弹性碰撞——韧致辐射 ；
1Mev
例如：
α
β
电量
2e
e
速度
慢
快
电离比值 4×104
50
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2、射程与吸收规律 ●吸收：带电粒子通过物质时，由于电离、激发、 散射和轫致辐射损失能量直至停止； ●射程：粒子在物质中被吸收前通过的最大距离。 ①α粒子：电离比值大，射程短；空气中，几厘米； 生物体，几百个微米。
或称为原子核的放射性衰变。 衰变过程中释放出来的粒子流称为射线。 具有放射性的同位素，称为放射性同位素。
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核素
稳定性核素 放射性核素
天然 (Z > 81)
人工
反应堆、加速器
遵守 电荷、质量、能量、动量和核子数守恒定律。
衰变能：依据质能关系式，核衰变前后的质量 差值，将转变为核衰变过程中所释放的能量。 转变为衰变生成的所有粒子的动能。
A
-
dN dt

N

N0e-t
即：A A0e-t
单位：
1Bq 1次核衰变/ s 1Ci 3.71010 Bq
比活度：单位质量放射源的放射性活度
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例题：求 5q 铀盐(U3O8)的放射性活度 (TU = 4.47×109 a)
①求 U 在 U3O8 中所占的百分比 U分子量 = 238 U3O 8分子量 = 238×3+16×8 = 842
ln 2 ln 2 ln 2 Te T Tb
有效半衰期
Te

T Tb T Tb
例：临床上常用 59Fe 作血液异常检查。已知 59Fe T=46.3d, Tb=65d, 问服用 13.5d 后，残留于体内的放 射性核素的相对量 N/N0 为多少？
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四、放射性活度 (A)
●单位时间内衰变的原子核数（放射性强度）
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1. 同位素：Z相同、N不同；
如
化学性质相同；
周期表中占同一位置
2. 同量异位素：A 相同，Z 不同的核素
如
3. 同核异能素：A、Z 相同，能量不同的核素
如
＊ 处于激发态的核
4. 放射性核素：不稳定的、能自发放出某种射线的核素
如
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三、原子核的性质 1、核力的性质(nuclear force) 1）核力具有饱和性 只能与核内相邻近核子发生核力作用，而邻近核子 数是相当有限的，核力具有明显的饱和性。
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②β粒子： 电离比值小、射程长； 比α粒子大 100多倍； 外照射下危害大。 径迹：质量小、易被散射，径迹弯曲
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二、γ(x) 射线与物质的相互作用 1、光电效应： 2、康普顿效应： 3、电子对生成
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三种作用的发生几率 低能：原子序数Z大， 光电效应为主； 中能：康普顿散射为主； 高能：电子对生成为主。
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第六节：辐射剂量与辐射防护
一、照射量：
E dQ dm
dQ为x和γ光子运行在质量为dm的干燥空气中所形成 的同一种符号离子的总电量的绝对值
单位：R 1R 2.58 10-4 C.kg -1
照射率：单位时间的照射量
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二：吸收剂量： 单位质量的被照射物质从射线中吸收的能量值
D dE dm
208Pb : N/Z = 1.54
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第二节 原子核的放射性衰变 一、衰变规律 ●核衰变是一随机过程 (random process)， 所有核衰变服从同样的统计规律。 1、微分关系
衰变常量λ表示一个原子核在 若一种核能进行几种 单位时间内发生衰变的概率； 类型的衰变：
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2、积分关系 放射性核素随时间按指数规律衰减
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一、γ衰变和内转换 ●处于激发态的原子核，在不改变组成（Z、N） 的情况下，发射γ 射线，跃迁到较低能态的现象。 γ 射线即为γ 光子。
1、γ衰变 能量以 γ 射线方式放出
同核异能素
2、内转换 能量直接传递给内层轨 道电子（电离），内转换电子
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镭
二、α衰变：放出氦核 ●A > 209重核，放射出α粒
②求 5q 铀盐中所含 U 的质量 m = 5×84.8% = 4.24q
③求铀的原子核数 N
摩尔数
④U 的放射性活度 A = λN = 52400Bq = 1.42μCi
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第三节 核衰变方式
放射性衰变(radioactive decay) 不稳定的核素自发变化，转变为另一种核素，
同时还放出一定的粒子流，这种性质称为放射性。 不稳定核素的自发变化，称为原子核的衰变，
第十四章 原子核和放射性
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第一节 原子核的结构与基本性质
一、核的组成
核 质子 p +e Z 中子 n 0 N
任何一个原子核都
核 子
可以用符号来表示
质量数A = Z + N 核内核子的个数； ■近似计算用 Au代替核的质量 单位量度为原子质量单位：1u=1.660565510-27 kg mn=1.008665u；mp=1.007276u
加速器：高速带电粒子轰击核素，引起核 反应。
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第五节 射线与物质的相互作用 一、带电粒子与物质的相互作用
●带电粒子与物质发生3种形式的能量转换： ①能量转换为激发能和电离能； ②轫致辐射； ③能量转换为热能（碰撞）。
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1、电离和散射
电离比值： 每厘米路径上产生的离子对
离子对数 / cm 表示电离本领
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2） 核力是强相互作用 每一核子的平均结合能是8Mev，而核子间的万 有引力势能只有10-36Mev。
3） 核力与核子的带电状况无关 质子和质子之间，中子和中子之间，中子和质子 之间的核力是相同的。
4） 核力是短程力 两核子间距大于10 fm时完全无核力作用；0.8~2.0 fm时表现为引力；小于0.8 fm时为强烈的斥力作用。
中子，实验表明
所谓“1+12”
原子核质量mX总小于它所包含的质子质量和中 子质量之和，核子结合成原子核，质量减少了， 所减少的质量称为质量亏损。
孤立核子组成原子核时所放出的能量，称为 原子核的结合能。
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1. 质量亏损
2. 结合能 质量亏损ΔM 对应核放出的能量（结合能）为 1u 相应的结合能：E = 1u×C2 = 931.441MeV
法确定；
大量核用平均寿命：
dN中的每个核，衰变前存在的时间都是 t ; dN个核的寿命之和为 t (－dN) = tλNdt ； N0 个核的寿命总和为
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τ为λ的倒数，约比 T 大 50%
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三、有效半衰期
生物半衰期 Tb :
由于生物代谢核素的排除生物衰变常数为λb
有效衰变常数
e b
●主要俘获K壳层电子； ●原子放出标识 X 射线谱或俄歇电子。
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第四节 放射平衡和放射性核素来源 ●放射性平衡
母体核 A
子体核 B
钍，铀，锕，镎系
C 孙代子体
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核素发生 器 ‘母牛’
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人工放射性核素来源
反应堆：把适当的元素或化合物放进反应 堆，利用反映堆中的大量中子照 射，引起核反应。