原子核物理-精品.ppt

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 20 N / 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 radioactive 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，N2N200,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. EC 5. 跃迁和内转换,6. 放射性衰变定律 7. 衰变常数