原子核物理及放射化学基础ppt课件.ppt

第二章原子核物理及放射化学基础 第一节原子核物理基础一 原子的基本概念与组成二 原子核的基本性质1 原子核的组成2 原子核的电荷3 原子核的质量4 原子核的半径三 几个重要的概念介绍1 核素 nuclide 具有一定质子数与中子数的一类原子 2 同位素 isotope Z同 A不同 3 同量异位素 isobar A同 Z不同 4 同质异能素 isomer Z同 A也同 E不同 1 原子 原子是由质子 中子和电子组成的 世界上一切物质都是由原子构成的 任何原子都是由带正电的原子核和绕原子核旋转的带负电的电子构成的 一个铀 235原子有92个电子 其原子核由92个质子和143个中子组成 原子的大小 50万个原子排列起来相当一根头发的直径 如果把原子比作一个巨大的宫殿 其原子核的大小只是一颗黄豆 而电子相当于一根大头针的针尖 一座100万千瓦的火电厂 每年要烧掉约330万吨煤 要用许多列火车来运输 而同样容量的核电站一年只用30吨燃料 2 电子 原子的结构 3 原子核 原子核一般是由质子和中子构成的 最简单的氢原子核只有一个质子 原子核中的质子数 即原子序数 决定了这个原子属于何种元素 质子数和中子数之和称该原子的质量数 4 5 电子 质子 氢原子结构 6 同位素 质子数 相同而中子数 不同的一些原子 或者说原子序数 相同而原子质量数不同的一些原子 它们在化学元素周期表上占据同一个位置 称为同位素 所以 同位素 一词用来确指某个元素的各种原子 它们具有相同的化学性质 同位素按其质量不同通常分为重同位素 如铀 238 铀 235 铀 234和铀 233 和轻同位素 如氢的同位素有氘 氚 7 8 氢的同位素 各自的质量数是多少 9 核素 可以分为两大类 一类是稳定的 另一类是不稳定的 现在已经知道的107种元素的1900多种同位素中 大约有300种是稳定核素 其余1600种是放射性核素 其中的大约60种是天然放射性核素 其它是人工制造的 放射性核素又叫放射源 10 所有不同类型的原子都称为核素 其实我和他们一样高 11 第二节放射性同位素的特点一 核衰变放射性同位素 radiosotlope 是不稳定的 它会 变 放射性同位素的原子核很不稳定 会不间断地 自发地放射出射线 直至变成另一种稳定同位素 这就是所谓 核衰变 放射性同位素在进行核衰变的时候 可放射出 射线 射线 射线和电子俘获等 但是放射性同位素在进行核衰变的时候并不一定能同时放射出这几种射线 核衰变的速度不受温度 压力 电磁场等外界条件的影响 也不受元素所处状态的影响 只与时间有关 12 根据射线种类放射性可分为四种 射线 或称 粒子 是带正电的高能粒子 He原子核 4He 电离能力强 射程短 穿透力弱 能被一张薄纸阻挡 在人体外部不构成危险 然而一旦进入人体 那将是十分危险 13 14 射线 或称 粒子 为高速电子束 穿透力比 射线强 一张几毫米厚的铝箔可完全阻挡 防护时需注意韧致辐射 又称刹车辐射 原指高速运动的电子骤然减速时发出的辐射 后来泛指带电粒子与原子或原子核发生碰撞时突然减速发出的辐射 根据经典电动力学 带电粒子作加速或减速运动时必然伴随电磁辐射 15 16 射线 X射线 是电磁辐射 广义 间接电离 穿透力很强 较难防护 需采用铅 较厚的混凝土等材料 中子射线 为不带电的中子束 穿透力极强 很难防护 可采用含氢原子很多的材料 如水 石腊 17 18 19 射线在磁场中的偏转示意图 20 电离 原子由于其中的电子脱离原子核的引力成为自由电子和离子的过程电离辐射 凡是与物质直接或间接作用时能使物质电离的一切辐射 理解 电离辐射是一种物理现象 几乎所有放射性物质都产生电离辐射 因此 在习惯上 放射性 与 电离辐射 经常互用 21 电离前 电离 电离后 22 3 放射性 电离辐射 的基本单位 放射性 活度 衡量某一放射源或含放射性物质的强度的物理量 一定量的放射性核素在某一时间间隔内发生的核衰变数除以该时间间隔 用A表示 单位 贝可 Bq 以前有用居里 Ci 克镭当量等 为了实行国际单位制 在正式场合都应采用贝可 Bq 它们之间的换算关系如下 1Ci 居里 3 7 1010Bq 贝可 1Ci 1000mCi 毫居里 1mCi 毫居里 0 001Ci 3 7 107Bq1克镭当量 对Ra 226 4 3 1010贝可1克镭当量 对Co 60 5 8 1010贝可照射量 表示X或 射线在空气中产生电离大小的物理量 单位 常用单位为伦琴 R 国际单位制为库仑 千克 C kg 换算 1伦琴 2 58 10 4库仑 千克单位时间内的照射量为照射量率照射量与照射量率仅适用于X或 辐射 对象是空气介质 23 电离辐射源 可以通过诸如发射电离辐射或释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质 室内装修用的花岗岩 X射线机 料位机上的Cs 137源 核电厂等都称为电离辐射源 放射性污染源 电离辐射源 生活中的电离辐射 24 25 26 天然辐射无时不有 无处不在 到处都有辐射 27 电离辐射与辐射 辐射 粒子 光子通过空间传播能量的方式辐射分类 辐射 28 29 电离辐射的特点 1广域性或区域性天然辐射不以人的意志为转移 不分星球 不分国别 不分地域而存在 整个宇宙空间及地球上的动植物及人类都要受到天然辐射的照射 因此天然辐射在空间上具有广域性 2持久性天然辐射从磐古初开那天起就存在 而人工放射源则自制成后同样也有一定的时间 3天然放射源难以屏蔽性 而人工辐射源可以被包装和屏蔽4不易觉察性由于它是一种辐射 无色 无味 看不见 摸不着 人们的各个感觉器官对它不起作用 所以不易被觉察 5易被忽视性 30 放射性分类 根据来源放射性可分为两大类 天然放射性 人工放射性 如Co 60 Cs 137 I 131 31 根据电离辐射源应用分类 可分三大类 核设施类 核技术应用类 伴生放射性矿物类 32 辐射防护的三种措施时间距离屏蔽 33 二 半衰期 half life 放射性同位素衰变的快慢 通常用 半衰期 来表示 半衰期 half life 一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一半时所需要的时间 如32P的半衰期是14 3天 就是说 假使原来有100万个32P原子 经过14 3天后 只剩下了50万个 半衰期越长 衰变得越慢 反之亦然 半衰期是放射性同位素的一特征常数 不同的放射性同位素有不同的半衰期 衰变的时候放射出射线的种类和数量也不同 34 1衰变常数 定义 放射性核素在单位时间内发生衰变的几率 符号为 单位为 1 秒特点 反映放射性核素衰变的快慢 它只与核素的种类有关 35 2指数衰减规律 某原子核在时刻t的数量与其起始时刻 t 0 数量之间存在着指数衰减的关系 即这种原子核的数量由于衰变而按指数规律减少 N N0e t半衰期 T1 2 ln2 36 三 放射性活度及其度量单位放射性同位素原子数目的减少服从指数规律 随着时间的增加 放射性原子的数目按几何级数减少 用公式表示为 N N0e t N为经过t时间衰变后 剩下的放射性原子数目 0为初始的放射性原子数目 为衰变常数 是与该种放射性同位素性质有关的常数 y t e 0 693t 其中 指半衰期 放射性同位素不断地衰变 它在单位时间内发生衰变的原子数目叫做放射性活度 radioactivity 放射性活度的常用单位是居里 curie 表示在1秒钟内发生3 7 1010次核衰变 符号为Ci 1Ci 3 7 1010dps 2 22 1012dpm1mCi 3 7 107dps 2 22 109dpm1 Ci 3 7 104dps 2 22 106dpm 37 1977年国际放射防护委员会 ICRP 发表的第26号出版物中 根据国际辐射单位与测量委员会 ICRU 的建议 对放射