【教学课件】第十章原子核物理.ppt

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1、第十章原子核物理,掌握：衰变定律、衰变常数、半衰期、放射性活 度、带电粒子与物质的相互作用熟悉：电离比值 放射性核衰变类型 了解：能谱 放射平衡 放射性核素在医学上 的应用、放射性核素的探测和成象,1 原子核衰变,一、原子核的组成,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),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：,元素符号,电荷数Z(质子数),质量数Z(质子数)N(中子数),2.同位素(isotope),电荷数相同质量数不同的核素,例：（氕）（氘）（氚）,3.同质异能素(isomer),电荷数

2、和质量数相同但能量状态不同 的核素,例：,（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。,最常见的稳定核的中子-质子图,Z 20N/Z 1.5 Z=82的铅(Pb)以后，天然存在的核素都具有放射性。,表10-2 稳定核素数目与核子奇偶性关系,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,从反应堆和加速器产生的放射性核素,1.衰变,母核,子核,粒子,粒子飞出的动能,例：,2.衰变和电子俘获(electron capture-EC),衰变位移法则：,例：,+粒子 中微

3、子,粒子 反中微子,EC位移法则：,例：,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),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,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。,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 radioa

4、ctive decay),设 t 时刻母体核数为N，dt 时间内衰减掉核数dN，则,2.衰变常数,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）,是表征核衰变速度的物理量，其值由核素本身决定,如：,的大小决定了核衰变的快慢，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,衰变定律半衰期表达式,三、平均寿命,衰变定律曲线,的半衰期 T=5.27年,其衰变常数=,平均寿命=.,7.59年,0.132/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

5、强度,单位：贝克勒尔 1Bq=1s-1（每秒有一个核衰变）,居里 1ci=3.71010 Bq 毫居里 1mci=3.7107 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？,【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,单位时间内子体核数的净增加率为,解上式微分方程,若t0时，N2N

6、200,t 5T2,若1 2，则 2-1 2 得,3 射线与物质的相互作用,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=SIW,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,同一物质中，相同能量的粒子的电离比值比粒子大得多,2.散射和轫致辐射,粒子质量小、散射角大，散射作用大于粒子 辐射损失和质量平方成反比，粒子轫致辐射大于粒子 辐射损失和原子序数平方成正比，对射线的防

7、护宜采用原子序数较低的材料（铝、有机玻璃等）,二、射程和吸收规律,1.射程,空气对射线的吸收曲线,射线的吸收曲线,粒子电离比值大、速度小、射程短；粒子电离比值小、速度大、射程长,在外照射的情况下，粒子的危害性不大，易于防护，粒子的危害大得多 内照射时，粒子的电离比值大，伤害很集中,4 放射性核素在医学上的应用,一、临床核素检查示踪原子,用放射性同位素标记药物进入人体后，通过体外探测诊断和了解疾病情况,二、放射性同位素治疗,利用射线对肌体组织的破坏作用，合理地照射某些疾病部位，达到控制发展直至破坏熄灭的目的,5 放射性核素的探测和成象系统,一、射线的探测,1.半导体探测器,2.闪烁计数器,二、放射性核素成象,1.照相机,2.发射型计算机断层(ECT),利用待检器官吸收放射性核素放出的射线，建成影象，使图象更准确,本章小结,1.核素、同位素、同质异能素2.衰变3.衰变,4.EC5.跃迁和内转换,6.放射性衰变定律7.衰变常数、半衰期8.放射性活度,单位：贝克勒尔 1Bq=1s-1 居里 1ci=3.71010 Bq,10.、粒子和物质的相互作用 电离比值、散射作用、射程 防护、伤害程度11.放射性核素在医学上的应用12.放射性核素的探测和成象系统,