医用物理学：CHP17 原子核与放射性

1、第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性1第十七章第十七章原子核与放射性原子核与放射性第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅

2、读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性2要求：要求：1 1、掌握掌握原子核的衰变规律及其射线与物原子核的衰变规律及其射线与物 质的相互作用；质的相互作用；2 2、熟悉熟悉辐射剂量与防护；辐射剂量与防护；3 3、了解了解原子核的基本性质、原子核的衰原子核的基本性质、原子核的衰 变类型。变类型。第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第17

3、17章原子章原子核与放射性核与放射性3第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质一、原子核的组成、质量和大小一、原子核的组成、质量和大小 原子核由核子（质子、中子）组成原子核由核子（质子、中子）组成1.1.质子质子(proton)(proton): : 质子带正电质子带正电, ,其质量其质量m mp p=1.007276u=1.007276u， （1u=1.661u=1.661010-27 -27 Kg,Kg,称为称为统一原子质量单位统一原子质量单位）；）；2.2.中子中子(neutron)(neutron): : 中子不带电，其质量中子不带电，其质量m mn n=1.008665u=1.

4、008665u；3.3.原子序数原子序数 Z Z：4.4.质量数质量数 A A: : 原子核中质子和中子的总和称为原子核中质子和中子的总和称为质量数质量数，记作，记作A A , , 原子核的质量几乎都是原子核的质量几乎都是u u的整数倍，即的整数倍，即m m = u= uA A第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性4 原子核

5、内的原子核内的A A、Z Z值和核能态都相同的一类原值和核能态都相同的一类原子称为同一种子称为同一种核素。核素。 其表示符号为其表示符号为 5.5.核素核素(nuclide):(nuclide):6.同位素（同位素（isotope）: Z值相同、值相同、A值不同的核素，彼此称为值不同的核素，彼此称为同位素同位素。 如如: 168O 、1H、2H、3H。XXAAZ、第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅

6、读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性57.7.同核同核( (质质) )异能素异能素(isomer):(isomer):8.同量异位素：同量异位素： A 相同、相同、Z 不相同的原子，称为不相同的原子，称为同量异位素，同量异位素，如：如：CaAr40204018、的同位素。的同位素。是是如如ccmTT99439943 表示表示用用 XAmCaS40203616、9、同中子异位素、同中子异位素中子数相同核素：中子数相同核素：第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部

7、分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性610.10.原子核的大小原子核的大小 原子核的体积正比于原子核的质量原子核的体积正比于原子核的质量数数A A，原子核的形状近似为球形，原子核的形状近似为球形，其其核半径核半径 R R = R = R0 0 A A1/31/3 R R0 0是常数，是常数，R R0 0=1.2=1.21010-15 -15 m m。 原子半径是核半径原子半径是核半径10106 6倍左右。倍左右。 绿豆大小的核（绿豆大小的核（1mm1mm

8、）其原子半径约为）其原子半径约为1km1km。第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性71111、核密度是均匀的，约为：、核密度是均匀的，约为：3 33 34 4R Rm m其值远大于水的密度其值远大于水的密度10103 3kg/mkg/m3 3和铂金的密度和铂金的密度21.521.510103 3kg/mkg/m3 3. .

9、 原子核是物质高度密集处，为什么？原子核是物质高度密集处，为什么？3 31 17 73 31 15 52 27 7k kg g/ /m m1 10 02 2. .3 3) )1 10 0( (1 1. .2 21 10 01 1. .6 66 63 34 4A AA A3 30 0R R3 34 43 30 0R R3 34 4第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第

10、第1717章原子章原子核与放射性核与放射性81212、核力、核力(nuclear force)(nuclear force)：核力为什么这么强？核力为什么这么强？汤川秀树汤川秀树19351935年，发表了核力的介子场论，用数学年，发表了核力的介子场论，用数学方法预见介子的存在，解释了这些问题，并于方法预见介子的存在，解释了这些问题，并于1949年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。 存在于核子间的力称为存在于核子间的力称为核力，是短程力（仅在核力，是短程力（仅在1010-15 -15 m m范围内起作用），是一种强相互作用力，具有饱范围内起作用），是一种强相互作用力，具有饱和性，与核子的带电性无

11、关，和性，与核子的带电性无关，核子间不能无限靠近核子间不能无限靠近（ 10-1 m 即为斥力）即为斥力）。自然界只存在四种基本相互作用力：自然界只存在四种基本相互作用力： 即引力、电磁力、弱力与强力。即引力、电磁力、弱力与强力。汤川秀树汤川秀树第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性913.核能级：核能级：原子核和原子一样具有

12、分立的能级，称为原子核和原子一样具有分立的能级，称为原子核原子核能级能级. .核能级间可以发生跃迁，跃迁时辐射电磁波（即核能级间可以发生跃迁，跃迁时辐射电磁波（即射线）释放能量。射线）释放能量。射线射线基态基态 激发态激发态 第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性10三、原子核结合能和质量亏损三、原子核结合能和质量亏损1.1

13、.结合能：结合能： 核子结合成核子结合成原子核原子核的过程中，要释放能量，此能量的过程中，要释放能量，此能量称为称为结合能结合能。 2.2.质量亏损质量亏损(mass defect) (mass defect) ： 任何原子核的质量都小于组成它的所有核子单独存在时的任何原子核的质量都小于组成它的所有核子单独存在时的质量之和，其差值称为质量亏损，质量之和，其差值称为质量亏损， 用用m m 表示。表示。如如: :氘氘( (2 21 1H)H)由一个中子、一个质子组成，由一个中子、一个质子组成，质量亏损为质量亏损为)(002389. 0)008665. 1007276. 1(013552. 2)(u

14、nmpmmmH 以能量为以能量为2.225MeV的光子释放。的光子释放。第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性11亏损的质量将转为能量，质能关系：亏损的质量将转为能量，质能关系： E E =m m C C 2 2 = 931.5= 931.5m m (MeV(MeV) )式中式中m m 用用统一原子质量单位统一原子质量单位u

15、 u作单位，能量作单位，能量E E 以以兆电子伏特兆电子伏特(MeV)(MeV)作单位。作单位。1u1u质量的物质对应质量的物质对应931.5MeV931.5MeV能量。能量。比结合能：比结合能：原子核的结合能与该核的核子数之比，原子核的结合能与该核的核子数之比，用用表示表示, , =E E/ /A A第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与

16、放射性核与放射性123、原子核的稳定性：、原子核的稳定性：现在已知的核素约有现在已知的核素约有20002000多种多种，仅约，仅约300300种核素是种核素是稳定的稳定的，其余皆为不稳定核素。，其余皆为不稳定核素。原子核不稳定的因素有：原子核不稳定的因素有：比结合能比结合能小的核不稳定小的核不稳定，易于分解，易于分解，A A3030的核的核结合能都较小，皆以分子形式存在；结合能都较小，皆以分子形式存在；非偶偶核不稳定，非偶偶核不稳定，即即Z Z、A A不均为偶数。不均为偶数。中、质比不为中、质比不为1 1（即中子数（即中子数/ /质子数质子数11）；）；核子数核子数209209不稳定不稳定；其

17、他不明原因其他不明原因. .不稳定核素将发生核衰变。不稳定核素将发生核衰变。第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性13第二节第二节 核衰变类型核衰变类型核衰变（核衰变（nuclear decay)nuclear decay) 不稳定核素自发地放出射线变成另一种核素的现象不稳定核素自发地放出射线变成另一种核素的现象称为原子核衰

18、变，简称称为原子核衰变，简称核衰变核衰变。 衰变过程遵守四个守恒定律：衰变过程遵守四个守恒定律： 质量和能量守恒定律质量和能量守恒定律 动量守恒定律动量守恒定律 电荷数守恒定律电荷数守恒定律 核子数守恒定律核子数守恒定律衰变能衰变能： 如果衰变前后的静止质量不守恒，则衰变前后的质量差如果衰变前后的静止质量不守恒，则衰变前后的质量差值将转化为核衰变时吸收或放出的能量，此能量称为衰值将转化为核衰变时吸收或放出的能量，此能量称为衰变能，记作变能，记作Q Q。第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作

19、业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性14一、一、 衰变衰变质量数质量数A A超过超过209209的重核不稳定，会自发发射的重核不稳定，会自发发射粒粒子，衰变成子，衰变成A A值较小的原子核，这种值较小的原子核，这种能发出能发出射线射线的核衰变称为的核衰变称为衰变衰变。 粒子即氦核（粒子即氦核（4 42 2He)He)衰变的过程表示：衰变的过程表示：QYAzAzX 4242衰变的衰变的位移法则：位移法则：在元素周期表内子核在元素周期表内子核Y Y的位置的位置比母核比

20、母核X X前移两位。前移两位。如：如：Q HeRnRa226884222286第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性15衰变的衰变纲图衰变的衰变纲图 226 2268888RaRa(1600y)(1600y)2222228686RnRn0 Mev0 Mev3.82d3.82d0.320.321010-9-9s s1 14.7

21、84Mev4.784Mev（94.6%94.6%）0.186Mev0.186Mev2 24.598Mev(5.4%4.598Mev(5.4%）3 3 0.3Mev(0.0065%0.3Mev(0.0065%）镭原子核放射出来的镭原子核放射出来的粒粒子有三种形式：子有三种形式： 1 1、2 2、3 3，对应不同的能量。，对应不同的能量。箭头向左下方箭头向左下方指，表示子核指，表示子核较母核在元素较母核在元素周期表中前移周期表中前移第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后

22、页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性16二、二、衰变衰变 原子核自发的变成另一种核，其质量数原子核自发的变成另一种核，其质量数A A不变，原子不变，原子序数在元素周期表中向前或向后移一个位置，此过序数在元素周期表中向前或向后移一个位置，此过程，称为程，称为衰变衰变。衰变类型：衰变类型：- - 衰变衰变、 衰变、电子俘获衰变、电子俘获1 1、- - 衰变衰变 原子原子核内中子数多于质子数时，核内中子数多于质子数时，原子核自发发射原子核自发发射- - 粒子（即负电子），此衰变称为粒子（即负电

23、子），此衰变称为- - 衰变衰变。是中微子是中微子的反物质的反物质QYXeAZAZe 011- - 衰变的过程表示：衰变的过程表示：第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性17QeYXeAZAZ 1- -衰变使子核增加了一个质子，子核较母核在衰变使子核增加了一个质子，子核较母核在元素周期表中后移一位。元素周期表中后移一位。如如

24、吴健雄吴健雄等人做的钴等人做的钴6060的的- -衰变：衰变：Qe e0199439942TcTcMoMoMO(钼钼) 的衰变表示式为：的衰变表示式为：Qee N Ni i60286027Co第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性18中微子和反中微子都是非常轻的中性粒子，与其它粒子的相中微子和反中微子都是非常轻的中性粒子，与

25、其它粒子的相互作用非常弱，互作用非常弱，历史上中微子曾被称为历史上中微子曾被称为“窃贼窃贼” ” ，因其与，因其与粒子随机粒子随机( (任意任意) )分配能量分配能量( (E E+ +E Ee e= =E EMAXMAX) )而不被发现，使而不被发现，使粒子能量不是离散粒子能量不是离散数值，而出现连续分布的值。数值，而出现连续分布的值。中微子有三种类型：中微子有三种类型：e e、 。4040K K的的能谱图能谱图粒子动能粒子动能粒子粒子数粒子粒子数E EMAXMAX峰值峰值中微子和反中微子：中微子和反中微子：实验中发现实验中发现- -粒粒子的能量是连续子的能量是连续分布的，为什么？分布的，为什

26、么？第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性19衰变纲图：衰变纲图：M MO O( (钼钼) )T TC C( (锝锝) )通通常在衰变图上标出常在衰变图上标出的是的是粒子的最粒子的最大能量值大能量值(、的总值的总值 ) )0.18110 MeV2.2105a9943Tc9942Mo(66h)0.14050.840MeV(1.

27、3%)0.50910.14266.02h1.214MeV(81%)0.92050.43MeV(17%)第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性20QeAZAZ eYX011子核比母核在元素周期表中前移一位。子核比母核在元素周期表中前移一位。2、 +衰变衰变在质子数较多的原子核中，若其基态能量较大，其中在质子数较多的原子核中，若

28、其基态能量较大，其中一个质子会发射一个正电子和一个中微子，变为中子。一个质子会发射一个正电子和一个中微子，变为中子。原子核自发发射原子核自发发射+ +粒子粒子( (即即正电子正电子) )的衰变称为的衰变称为+ +衰衰变变。+ +衰变的过程表示为：衰变的过程表示为：第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性21正电子正电子+ +

29、: : 正电子，是负电子的反粒子，当其能量为零正电子，是负电子的反粒子，当其能量为零时，将与一个负电子结合，变成两个能量均为时，将与一个负电子结合，变成两个能量均为0.511Mev0.511Mev且飞行方向相反的且飞行方向相反的X X光子，此即光子，此即电子对的电子对的湮灭湮灭。通过测量通过测量X X射线可探测射线可探测+ +的存在。的存在。第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医

30、用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性223、电子俘获电子俘获 （electron capture )在质子数较多的原子核中，质子从核外俘获一在质子数较多的原子核中，质子从核外俘获一个电子，发射一个中微子，转为中子，此衰变个电子，发射一个中微子，转为中子，此衰变过程称为过程称为电子俘获电子俘获， 简写为简写为EC EC 。ECEC的过程可表示为：的过程可表示为： 子核在元素周期表内较母核前移一位。子核在元素周期表内较母核前移一位。QYeXeAZAZ 1第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应

31、用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性23被俘获的电子主要被俘获的电子主要来自核外的来自核外的K K、L L层，层，电子被俘获后将产电子被俘获后将产生子核的标识射线或生子核的标识射线或俄歇电子俄歇电子( (M.P. AugerM.P. Auger在在19251925年发现，于是称为年发现，于是称为AugerAuger电子电子) )俄歇电子是指电子跃迁时不辐射标识射线，而将其俄歇电子是指电子跃迁时不辐射标识射线，而将其能量传给同一能级的另一电子，使其

32、成为自由电子，能量传给同一能级的另一电子，使其成为自由电子，此自由电子即为此自由电子即为俄歇电子俄歇电子。俄歇效应俄歇效应第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性24三三.衰变和内转换衰变和内转换 原子核内发射原子核内发射射线的衰变方式称为射线的衰变方式称为衰变。衰变。 射线是电磁波，从原子核内发出后，射线是电磁波，从原子核内

33、发出后，衰变前后衰变前后A A、Z Z值不改变。值不改变。产生原因产生原因：核反应或核衰变后新生成的子体核，多数核反应或核衰变后新生成的子体核，多数处于激发处于激发态态，不稳定，不稳定，在向基态跃迁时将多余能量以在向基态跃迁时将多余能量以射线的形式释放。射线的形式释放。第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性25内转换（内转换

34、（internal conversion)第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性26 原子核向基态跃迁时，将多余能量传递给核外某原子核向基态跃迁时，将多余能量传递给核外某内层轨道电子，使其成为自由电子，此过程称为内层轨道电子，使其成为自由电子，此过程称为内转换内转换。产生的自由电子称为产生的自由电子称为内转换电子内转换电子。

35、内壳层出现空位后还将再产生内壳层出现空位后还将再产生标识标识X X射线射线或俄歇电子。或俄歇电子。内转换内转换第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性27第一、二节小结第一、二节小结核素核素同位素同位素同核异能素同核异能素同量异位素同量异位素原子核的组成原子核的组成核力核力原子核的密度原子核的密度核能级核能级结合能和质量亏损结

36、合能和质量亏损原子核的原子核的基本性质基本性质核衰变核衰变四个守恒定律四个守恒定律衰变类型衰变类型第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性28第三节第三节 原子核的衰变规律原子核的衰变规律 此即放射性核素的衰变规律。此即放射性核素的衰变规律。一、一、衰变规律衰变规律不稳定核素的衰变率（单位时间内衰变的核数）与现不稳定核素的衰变

37、率（单位时间内衰变的核数）与现有的原子核个数有的原子核个数N N 成正比，即：成正比，即：称为称为衰变常数，衰变常数， = =1 12 2n n对上式积分，并利用初始条件对上式积分，并利用初始条件t t =0,=0,N N = =N N0 0, , 则有：则有：teNN0N Nt tN Nd dd d第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放

38、射性核与放射性29二、半衰期（二、半衰期（half-life)half-life) 放射性核素减少一半所需的时间，称为放射性核素减少一半所需的时间，称为半衰期半衰期 用用T T 表示表示693.02lnT所以所以T Tt tN NN N 2 21 10 0常见放射性核素的衰变类常见放射性核素的衰变类型及型及T T 的值见教材：表的值见教材：表17-117-1注意注意: :1414C C的的T T = 5730a= 5730a第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页

39、返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性30木乃伊的存在年代如何计算木乃伊的存在年代如何计算? 活着生物体骨骼内活着生物体骨骼内1414C C、1212C C的数量之比的数量之比( (平衡比平衡比) )与空气相与空气相同是确定的值同是确定的值( (为为1.31.31010-12-12),),生物体死亡后生物体死亡后, ,1414C C值将逐渐减值将逐渐减少少, ,1414C C的半衰期的半衰期T T1 1=5730a=5730a由此可求出骨骼存放年代由此可求出骨骼存放年代. . 如果能测量某木乃

40、伊骨骼所含如果能测量某木乃伊骨骼所含1414C C的量是同质量有的量是同质量有生命骨骼含量的生命骨骼含量的1/4,1/4,则此木乃伊存在的年代可计算则此木乃伊存在的年代可计算为：为：T Tt tN NN N 2 21 10 0T Tt tN N 2 21 141,0MMANMaTtTt114602 , 2 第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子

41、核与放射性核与放射性311.1.生物半衰期生物半衰期：药物进入生物体，体内留存量由于生物代谢减少也药物进入生物体，体内留存量由于生物代谢减少也近似满足衰变规律，我们把减少一半所需的时间称近似满足衰变规律，我们把减少一半所需的时间称为为生物半衰期生物半衰期，用，用T Tb b表示，表示，b b 称为称为生物衰变常数生物衰变常数。2.2.有效半衰期有效半衰期 放射性药物进入生物体放射性药物进入生物体后，有生物和物理两种衰后，有生物和物理两种衰减，衰减加快，衰减总速率为：减，衰减加快，衰减总速率为：e e= =b b+ +称为称为有效衰变常数，有效衰变常数，若若T Te e表示表示有效有效半衰期半衰

42、期，则：则： N NN Nt tN Ne ed dd db b 111bTTTe 第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性323 3、平均寿命、平均寿命1010个人的平均寿命（个人的平均寿命（1 1人活人活3030岁，岁，2 2个人活了个人活了4040岁，岁，4 4个人个人活了活了5050岁，岁，3 3个人活了个人活了7070

43、岁）如何计算？岁）如何计算？中国人目前的平均寿命约为中国人目前的平均寿命约为7272岁，如何计算？岁，如何计算？同类放射性核素的平均生存时间即同类放射性核素的平均生存时间即平均寿命。平均寿命。利用统计规律可求出某放射性核素的利用统计规律可求出某放射性核素的平均寿命平均寿命： 0 00 00 00 00 0) )d d1 1d d1 1t tN Nt tN NN Nt tN NN N( 0 00 01 1d de et tt tN NN Nt t0第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答

44、业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性33三、放射性活度（三、放射性活度（activityactivity) )单位时间内衰变的原子核数称为放射性活度单位时间内衰变的原子核数称为放射性活度。用。用A A表示：表示：dtdNA teNNdtdNA 0定义式定义式teAA 0关系式关系式A A0 0= =NN0 0表示表示t t =0=0时刻的放射性活度。时刻的放射性活度。常用式：常用式：TtAA)21(0 第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节

45、第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性34放射性活度的单位：放射性活度的单位： 贝可（贝可（BqBq） 旧单位：旧单位：居里居里(Ci(Ci) ) 1Ci=3.7 1Ci=3.7101010 10 BqBq物质质量为物质质量为M M，原子的个数，原子的个数N N 则为：则为： N NA A为阿伏加德罗常数，为阿伏加德罗常数，N NA A=6.02=6.02101023 23 个个/mol/m

46、olANMN 第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性35例例17-1设一台设一台6060Co-Co-刀初装时钴源活度为刀初装时钴源活度为6040Ci6040Ci，使用，使用5 5年后，钴源活度还剩多少年后，钴源活度还剩多少BqBq? ?其平均寿命为多少年？其平均寿命为多少年？解解: :查得查得6060CoCo的半衰期的半衰期

47、T T =5.27=5.27年年, , 因为因为A A0 0=6040Ci=6040=6040Ci=60403.73.710101010=224=224101012 12 BqBq所以所以5 5年后钴源活度为年后钴源活度为: :Bq1227. 5512010116)21(10224)21( TtAA其平均寿命为其平均寿命为: :=1.44=1.44T T =1.44=1.445 = 7.65 = 7.6年年 = 7.6= 7.6 a a第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前

48、页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性36四四、放射平衡、放射平衡许多放射性核素衰变后生成的核素仍会再衰变，许多放射性核素衰变后生成的核素仍会再衰变，甚至可延续好几代，形成一个放射性家族，称为甚至可延续好几代，形成一个放射性家族，称为放放射系射系或或级联衰变级联衰变。若母体的半衰期很长，子体半衰期较短，当子体若母体的半衰期很长，子体半衰期较短，当子体核每秒衰变的核数等于它从母体得到补充的核数时，核每秒衰变的核数等于它从母体得到补充的核数时，子体的核数不再变化，达到子体的核数不再变化

49、，达到放射平衡放射平衡。核素发生器，俗称核素发生器，俗称“母牛母牛”, ,如：如：9999MoMoTcTcMom994399439942 第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性37第四节第四节 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线有两种：射线有两种：1 1、粒子射线：、粒子射线： 带电粒子射线：带电粒子射线：、+ +

50、、- - 不带电粒子射线：不带电粒子射线：中子射线中子射线2 2、光子射线、光子射线： X X射线、射线、射线射线一一、带电粒子射线与物质的相互作用、带电粒子射线与物质的相互作用 1 1、电离和激发、电离和激发 2 2、散射和轫致辐射、散射和轫致辐射第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性38 1.电离和激发电离和激发1.11

51、.1、直接电离、直接电离： 带电粒子使某个电子脱离原子成为自由电子过程称为直接带电粒子使某个电子脱离原子成为自由电子过程称为直接电离。电离。1.21.2、间接电离、间接电离： 从原子中脱离的电子，因为具有动能仍将与其它原子作用，从原子中脱离的电子，因为具有动能仍将与其它原子作用，引起新的电离，这种电离称为引起新的电离，这种电离称为间接电离间接电离或或次级电离次级电离。1.31.3、比电离、比电离（specific ionizationspecific ionization) ) ：每厘米长的径迹上离子对的每厘米长的径迹上离子对的数目数目称为比电离（又称电称为比电离（又称电离比值、电离比度）。离

52、比值、电离比度）。第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性391.41.4、影响比电离大小的量有、影响比电离大小的量有a.a.带电粒子的电荷量带电粒子的电荷量Q Q 电荷量大，比电离大。电荷量大，比电离大。b.b.带电粒子的速度带电粒子的速度v v 速度小，比电离大，速度小，比电离大，c.c.物质的密度物质的密度 物质密度大，

53、电子密度大，粒子射线与电子作物质密度大，电子密度大，粒子射线与电子作用的概率大，比电离大。用的概率大，比电离大。1.51.5、激发、激发：带电粒子带电粒子使电子由低能级跃迁到高能级，原子处使电子由低能级跃迁到高能级，原子处于激发态的过程称为于激发态的过程称为激发激发。 激发的结果：产生光子。激发的结果：产生光子。第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子

54、章原子核与放射性核与放射性402 2、散射和轫致辐射、散射和轫致辐射散射散射：带电粒子带电粒子在物质中受原子核静电力的作在物质中受原子核静电力的作用运动方向改变的现象称为用运动方向改变的现象称为散射。散射。 粒子能量不变，称为粒子能量不变，称为弹性散射弹性散射 粒子能量若有损失，称为粒子能量若有损失，称为非弹性散射非弹性散射轫致辐射轫致辐射 相关的两个概念：相关的两个概念：（1 1）射程）射程（2 2）吸收）吸收第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回

55、主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性41（1 1）射程）射程粒子在物质中停止运动以前所通过的最大粒子在物质中停止运动以前所通过的最大直线直线距距离叫离叫射程射程。 如：如：粒子的射程：在空气中可达数米，在生物体内有粒子的射程：在空气中可达数米，在生物体内有数十毫米。数十毫米。 粒子的射程：在空气中可达数厘米，在生物体内粒子的射程：在空气中可达数厘米，在生物体内为为0.30.30.13mm0.13mm。（2 2）吸收）吸收射线能量完全丧失时，粒子射线将消失，此即射射线能量完全丧失时，粒子射线将消失，此即射

56、线被线被吸收。吸收。第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性42二二、光子射线与物质的相互作用、光子射线与物质的相互作用光子与物质相互作用的主要方式有三种：光子与物质相互作用的主要方式有三种： 光电效应、康普顿散射、电子对效应。光电效应、康普顿散射、电子对效应。1.1.光电效应光电效应光电效应的结果产生了：光电效应的结果产生了

57、： 光电子、光电子、 标识标识X X射线射线 俄歇电子俄歇电子第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性432.2.康普顿散射康普顿散射能量较高的光子与自由电子或原子外层的电子作用，能量较高的光子与自由电子或原子外层的电子作用，把一部分能量传给电子，使其脱离原子成为把一部分能量传给电子，使其脱离原子成为反冲电子反冲电子，光子能量

58、减小，以光子能量减小，以散射光子散射光子的形式改变前进方向，这的形式改变前进方向，这种作用过程称为种作用过程称为康普顿散射康普顿散射。康普顿散射的结果产生了：康普顿散射的结果产生了：反冲电子、散射光子、标识光子反冲电子、散射光子、标识光子第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性443 3、电子对效应、电子对效应当光子的能量当光

59、子的能量h h大于两个电子的静止质量大于两个电子的静止质量2 2m me ec c2 2=1.022MeV=1.022MeV时，光子在原子核电场作用下转化时，光子在原子核电场作用下转化为一个正电子和一个负电子，电子的运动方向几乎为一个正电子和一个负电子，电子的运动方向几乎与光子相同，这种现象称为与光子相同，这种现象称为电子对效应（电子对效应（electron electron pairing effect) pairing effect) ，也称为也称为电子对的生成电子对的生成。正电子正电子负电子负电子h1.022MeV第三节第三节规律规律第五节第五节防护防护第二节第二节类型类型 第四节第四节

60、 作用作用第一节第一节基本性质基本性质第六节第六节应用应用部分作部分作业解答业解答前前页页后后页页返返回回返回主页返回主页蚌埠医学院魏杰制作蚌埠医学院魏杰制作阅读材料阅读材料医用物医用物理学理学第第1717章原子章原子核与放射性核与放射性45电子对湮灭电子对湮灭正电子在真空中稳定，在物质中很难存在，当正电子正电子在真空中稳定，在物质中很难存在，当正电子能量为零时会与一个负电子结合，转化为两个能量皆为能量为零时会与一个负电子结合，转化为两个能量皆为0.511MeV0.511MeV、飞行方向相反的光子，此现象称为、飞行方向相反的光子，此现象称为电子对的电子对的湮灭湮灭(electron pair