核物理和粒子物理PPT课件

1、29.0 概述 原子核物理学是研究原子核的结构、特性及其相互转变的科学。从1896年贝克勒尔发现铀原子的放射性和1911年卢瑟福提出原子核型结构之后，经过大半个世纪的探索和研究，核理论和核技术得到了飞速的发展，导致了原子能和同位素的应用。 在医学上，放射性同位素已用于对疾病的诊断、治疗和研究，形成了专门的学科-核医学。第1页/共18页29.1 原子核的基本性质C106 . 119ekg106748. 127nm29.1.1 原子核的组成、质量和大小一、原子核(又称为核素)的组成-由质子和中子组成。 质子以p表示，带正电，电量为 ，质量为 ，用原子质量单位表示为1.007276u； 中子以n表示

2、，不带电，质量为 ，用原子质量单位表示为1.008665u. kg1067254. 127pm统称为核子第2页/共18页二、原子核的表示-核素种类很多，通常表示为电荷数是质子的个数，等于原子序数核素 质量数是质子数和中子数的总和XAZ，O如168C126三、原子核的大小3/10ARR m102 . 1150R30303034u334u3434RARAARMRMVM317mkg10第3页/共18页四、同位素、同量异位素和同量异能素-质子数相同而中子数不同的核素叫同位素，在元素周期表中占据同一位置，化学性质相同。如-质量数相同而质子数不同的核素叫同量异位素，如-质量数和原子序数相同而处于不同能态的

3、核素叫同质异能素，通常在元素符号右上角标以m，如H、H、H312111N和C147146m9943Tc五、核力-核子之间的相互作用力，不是电磁力，不是万有引力，是短程力，是强吸引力，具有饱和性。第4页/共18页XnpmmZAZmm)(一、质量亏损-由质子和中子组成的原子核的质量小于质 子和中子的质量和，二者之差称为质量亏损。二、结合能-由相对论的质能关系知，质量变化有对应 的能量变化，核子组成原子核时的质量亏损以能量 形式放出，这个能量称为结合能。结合能与核子总 数之比称为比结合能。2mcEAE(17-1)(17-2)1u的质量亏损对应 931.5MeV 的结合能17.1.3 质量亏损和结合能

4、第5页/共18页例17-1 已知 的原子质量为235.11700u，试计算其质 量亏损、结合能、比结合能。U23592解：原子核的质量等于原子质量减去电子质量， 的 A=235，Z=92，电子有92个，所以它的质量为U23592u235.066492920.000549u-235.1170uUmXnpmmZAZmm)(066492.235008665. 1)92235(007276. 192u841995. 1(MeV)818.1715841995. 15 .9312mcEMeV30135. 7235818.1715AE第6页/共18页17.2 原子核的衰变类型核衰变-放射性核素自发地放射出某

5、种射线而变为另一种核素的现象。放射性核素分为天然放射性核素和人工放射性核素两种。 -核衰变过程遵守电荷守恒、质量守恒、能量守恒、动量守恒和核子数守恒。 -核衰变有三种类型， 衰变、 衰变、 跃迁和内转换。第7页/共18页原子核放射出高速 粒子流( 射线)而衰变为另一种原子核的过程。 - 粒子就是氦核( )，由两个质子和两个中子组成。 衰变前的原子核称为母核(母体)，衰变后的原子核称为子核(子体)。 衰变的位移定则为 He42QHeRnRa如422248622688衰变能子核母核QAZHeYX424-A2-Z(17-3)在元素周期表中子核前移两位17.2.1 衰变 第8页/共18页 原子核放射出

6、高速电子流( 射线)或高速正电子流( 射线)或俘获一个核外电子而衰变为另一种原子核的过程。 - 粒子就是负电子( )， 粒子就是正电子( ) 。e01e011. 衰变的位移定则为 衰变能子核母核QAZ0001A1ZeYX(17-4)反中微子Q000132163215eSP如在元素周期表中子核后移一位17.2.2 衰变 第9页/共18页2. 衰变的位移定则为 衰变能子核母核QAZ0001A1ZeYX(17-5)中微子Q0001136137eCN如在元素周期表中子核前移一位在元素周期表中子核前移一位3. 电子俘获的位移定则为 衰变能子核母核QAZ00A1Z01YXe(17-6)中微子Q005525

7、552601MnFee如第10页/共18页 处于激发态的放射性核素向低能态跃迁，有时不是放射出 光子，而是把能量交给核外电子，使电子飞出，这种过程称为内转换。 当放射性核素处于激发态时，它将放射出 光子( 射线)并从激发态跃迁低能态或基态，这一过程称为 跃迁。 射线是一种波长比X射线更短的电磁波，在 衰变、 衰变的过程中都伴有 跃迁。 跃迁属于同质异能跃迁，子核和母核相同。 跃迁可表示为QTcTc如9943m9943QXXAZmAZ(17-7)17.2.3 跃迁和内转换第11页/共18页tNNdd(17-8)衰变常数反映核素衰变的快慢teNN0(17-9)t 时刻核的数目t=0时核的数目17.

8、3.1衰变规律-对于某一个原子核，无法确定它何时衰变，对于数量很多的原子核，衰变情况符合统计规律。 t 时刻有核 N 个，在d t 时间内因衰变而减少了 d N个。 d N与N、d t 成正比整理并积分得17.3 原子核的衰变规律第12页/共18页17.3.2 半衰期 核的数目因衰变减少到原来的一半所经历的时间，用 表示TeNN002则有，N，NTt2时0(17-10)693. 02lnT两边取对数，得T 平均寿命-一个核在衰变前存在的时间叫这个核的寿命， 个核在衰变前平均存在的时间叫这种核素的平均寿命，用 表示。0N 时间内有 个核衰变，即这 个核的寿命为 ，它们的总寿命为 .tttd )d

9、(dtNNNt dtNd第13页/共18页 将 个核的寿命加起来除以 ，即得这种核素的平均寿命0N0N0000)d(1d10tNtNNtNN0001dtteNNt(17-11)TT44. 1693. 01平均寿命与半衰期的关系为生物半衰期和生物衰变常数-人体内的核素由于代谢而排泄出体外使核素的数目减少。第14页/共18页-单位时间衰变的原子核的数目，称为放射源的放射性活度或放射性强度，用 A 表示。tteAeNNA00(17-12)NtNAdd时的放射性活度0是00tNA(17-13)放射性活度的SI制单位：贝克勒尔，用 B q表示。1秒次核衰变1Bq1Bq107 . 3Ci110Ci10mCi10Ci163曾经用29.2.3 放射性活度(放射性强度)第15页/共18页例29.2 已知镭 的半衰期为1600年，求它的衰 变常数和 1克镭的放射性活度。解：由式(11-10)可得衰变常数为)s (104 . 13600243651600693. 0693. 011121T镭的质量数为226，则 1g 镭的原子核的数目为2310022.6质量数(g)质量N1Ci(Bq)107 . 31066. 2104 . 1102111NA21231066.210022.62261Ra22688原子核的个数与核素质量的关系第16页/共18页