放射化学基础第2章ppt课件.ppt

放射化学基础 教师 刘晓辉 第2章基础知识第1节原子核和粒子物理 1 原子核的组成 核子 质子和中子的统称 核力 在原子核中的质子 质子 质子 中子和中子 中子间存在强度相同的强相互作用 质子 1H的原子核 中子 不带电 质量与质子相近的核子 质子和中子是核子的两种不同状态 单个原子核的质量很小 使用kg或g作单位不便于使用 在原子核物理中引入原子质量单位 Atomicmassunit u 规定1u等于一个12C原子质量的1 12 a 磁矩分布半径 b 电子经典半径 核物质 nuclearmatter 由无限多等量中子和质子组成的 密度均匀的物质称为核物质 核物质有两个主要特点 每个核子的平均结合能与核子的数目无关 核物质的密度与核子的数目无关 有时泛指由核子组成的 密度与原子核相似的物质为核物质 按每个核子的质量mN为1 66 10 24g计算核物质的密度为 1 66 1014 g cm 3 每立方厘米的核物质有亿吨重 大得惊人 中子星是宇宙中密度最大 1014g cm3 的一种天体 每个中子星实质上是由95 的中子 少量质子和电子组成的巨大原子核 2 核素核素 nuclide 具有相同的质子数Z 相同的中子数N 处于相同的能量状态且寿命可测的一类原子称为核素 核子数 质量数 原子序数 若不是表示核反应式中的核素时 可省略 中子数 可省略 元素符号 A 质量数 massnumber Z 原子序数 质子数 电荷数 atomicnumber protonnumber chargenumber N 中子数 neutronnuber A Z N 同位素 isotope 质子数相同 中子数不同的两个或多个核素 同中子异位素 同中子异荷素 isotone 中子数相同 质子数不同的核素 同量异位素 同质异位素 isobar 质量数相同 质子数不同的核素 同质异能素 isomer 属同一种原子核但处于不同的能量状态且其寿命可以用仪器测量的两个或多个核素 镜像素 mirrornuclei 若两个核素的Z N和A之间存在关系 Z1 N2 Z2 N1 A1 A2 称这两个核素为镜像素 3 核素的特性 自然界中81种元素 Z 1 83 除43Tc和61Pm 有稳定同位素 10种元素 Z 84 94 除93Np 有天然放射性核素 24种元素 Z 43 61 93 95 112 114 116 118 只能人工合成 稳定核素 285 12C 14N 16O 包括32种t1 2 1 1011a 7种t1 2 7 1 108a 4 8 1010a 原生天然放射性核素 30 238U 40K 87Rb 次生天然放射性核素 46 226Ra 234Th 诱发天然放射性核素 10 3H 14C 人工放射性核素 2500 60Co 137Cs 237Np 99Tc 总共已发现核素约3000种 核素图 将所有核素排列在一张以N为横坐标 以Z为纵坐标的图 核素图上 可以发现 稳定核素几乎全部位于一条光滑的曲线或紧靠该曲线的两侧 这条曲线称为 稳定线 其余2710余种不稳定核素分布在 稳定线的上下两边 位于 稳定线上侧的是缺中子核素 neutron deficientnuclide 其边界为质子滴线 protondripline 此处质子开始泄漏 位于 稳定线下侧的是丰中子核素 neutron richnuclide 其边界为中子滴线 neutrondripline 此处中子开始泄漏 核素图 Stabilityline 2710 285 3000 通过对稳定核素的统计分析表明 核子更乐意以成对的方式存在于原子核内 当元素的质子数为8 20 28 50 82时 该元素的稳定同位素的数目比相邻元素的多 当元素的中子数为20 28 50 82时 该元素的稳定同中子异位素的数目比相邻元素的多 在中 重元素区 Z 32 中子数为偶数的稳定同位素的数目较多 质子或中子数为幻数的核素在地壳 陨石或星球中的含量比相邻核素高 推断 核子数为幻数的原子核特别稳定 核中存在壳层结构 核子的填充会达到壳层的闭合 质子的幻数为 2 8 20 28 50 82中子的幻数为 2 8 20 28 50 82 126 第2章基础知识第2节放射性 1 放射性衰变原子自发地发射粒子 如 p 14C等 或电磁辐射 俘获核外电子 或自发裂变的现象称为放射性 radioactivity 这种核转变称为放射性衰变 radioactivedecay 或核衰变 nucleardecay 具有这种性质的核素称为放射性核素 radionuclide 衰变服从指数衰减规律 衰变常数 单位时间内一个放射性核发生衰变的概率 半衰期 T1 2 放射性原子核的数目衰减一半所需要的时间 平均寿命 放射性原子核的平均生存时间 放射性原子核的数目衰减到初始数目1 e所需的时间 2 核辐射测量单位 1 放射性物质活度 重量 单位放射性核素的活度是指在给定时刻 处于特定能态的一定量放射性核素在单位时间发生自发核跃迁到期望值 贝克勒尔 Bq 1Bq表示1秒钟跃迁 衰变 1次 Bq是国际法定计量单位 居里 Ci 1Ci表示1秒钟跃迁 衰变 3 7 1010次 1g纯226Ra1秒钟跃迁次数 即1Ci 3 7 1010Bq另1mCi 10 3Ci1 Ci 10 6Ci1pCi 10 12Ci Ci不是国际法定计量单位 现已废除 2 放射性物质含量 浓度 单位放射性比活度 单位质量物质中某放射性核素的活度 固体物质Bq kgg gg t 国际法定计量单位 液体或气体物质Bq LBq m3g LCi L爱曼 em 1em 10 10Ci L 3 7Bq L 国际法定计量单位 已废除 3 放射性衰变类型 1 衰变 2 衰变 3 同质异能跃迁 4 簇放射性分支衰变 第2章基础知识第3节核反应 1 核反应概述核反应 nuclearreaction 粒子 包括原子核 与原子核碰撞导致原子核的质量 电荷或能量状态改变的现象的统称 核反应过程中 核子数 电荷 动量与角动量 能量均守恒 核反应是核化学的主要研究对象 1 核反应的表示A aB b或A a b B其中 A 靶核 targetnucleus a 入射粒子 incidentparticle 轰击粒子 bombardingparticle 弹核 projectilenucleus B 剩余核 residualnucleus 产物核 productnucleus b 出射粒子 emergentparticle outgoingparticle 反应道 reactionchannel 每一种核反应过程 入射道 entrancechannel 由靶核和入射粒子组成 出射道 exitchannel 由剩余核和出射粒子组成 反应道由入射道和出射道构成 2 核反应的分类按入射粒子种类不同 分为 中子核反应带电粒子核反应光核反应按入射粒子能量高低 分为 低能核反应中能核反应高能核反应 3 核反应中的能量反应能 核反应过程中放出的能量 通常用Q表示 也称核反应的Q值 阈能 吸能反应库伦势垒 入射粒子电荷与靶核核核电荷间 或出射粒子电荷与剩余核核电荷间的库伦相互作用 4 核反应截面反应截面 reactioncross section 物理意义 一个入射粒子同单位面积上一个靶核发生反应道概率 单位 m2barn激发函数 excitationfunction 截面随入射粒子能量的变化关系 激发曲线 excitationcur