原子核物理-课件

第十三章原子核物理（NuclearPhysics

）ThebasicpropertiesofnucleusThedecaytypeoftheatomicnucleus

Thenucleardecaylaw

TheinteractionsbetweenrayandmatterRadiationdoseandprotection

1PPT课件教学大纲要求

1.了解原子核的基本性质和原子核的衰变过程。

2.理解原子核的质量亏损及结合能概念。

3.掌握原子核的衰变类型。

4.掌握原子核的衰变规律。

5.掌握半衰期及活度概念。2PPT课件原子的构成中子质子3PPT课件第一节

原子核的基本性质（Thebasicpropertiesofnucleus

）质子中子原子核带单位正电荷e=1.602×10-19C质量数为1(mp=1.623×10-27kg=1836.1me）

核质子数=核外电子数=原子序数不带电

质量数为1(mn=1.675×10-27kg=1838.6me）中子数=核质量数－质子数(原子序数)一、原子核的组成与符号表示：原子核是由质子（proton）和中子（neutron）组成。质子和中子统称核子（nucleon）。质子与中子可以互变。4PPT课件*

原子核的符号表示法：原子核质量数

元素符号原子序数

这一符号表达了原子核的两大特征：质量和电量。5PPT课件*核素、同位素：核素：具有相同的Z值，A值和能量状态的一类原子称为同一种核素。比如：同位素：具有相同的Z值而A值不同的一类核素称为同位素。同位素具有相同的化学性质.比如：

氧的三种同位素

氢的三种同位素6PPT课件*同量异位素：具有相同A值而Z值不同的核素。*同质异能素：具有相同A值和Z值但能量状态不同的核素。基态激发态0.14260.14050.000099Tcm(氩)(钙)(锝)表示：比如:7PPT课件二、

原子核的性质1、原子核的大小和密度*原子核的形状和大小：近似为半径R的球体（重核呈椭球体）

R=R0A

1/3

R0=1.210-15m*原子核的平均密度：

=2.31017kg.m-3(地球平均密度=6103kg.m-3

）8PPT课件3、核能级。

核力属于短程力，其作用范围：10-15m核力是一种强相互作用。核力具有饱和性。核力与电荷无关。

原子核可以处于不同的能量状态且可发生核能级间的跃迁。特征2、核力：核子间强相互作用力，称为核力。9PPT课件三、原子核的结合能和质量亏损1、原子核的结合能*核子结合成原子核时释放的能量，称为原子核的结合能。*释放的能量越多，结合就越紧密，原子核就越稳定。例子：2H（氘核）的结合能（2.22MeV）+P（质子）n（中子）2H（氘核）释放能量为2.22MeV的一个光子（反之亦然）10PPT课件2、原子核的质量亏损（massdefect）。*原子核的静质量比组成它的核子的静质量总和要小一些，这样减少的质量（m）称为质量亏损。*

质量亏损（m)的计算：m=mi-m*质量亏损的原因：由质能公式

E=c2m

知，释放的能量变化（E）相当于一定的质量变化（m）。(各个核子的静质量总和）(原子核的静质量)11PPT课件*

微观粒子的能量单位称为（统一）原子质量单位（atomicmassunit,unified）,以u表示。3.原子质量单位（atomicmassunit）：*

一个原子质量单位等于12C原子质量的1/12；

即1u=1.660610-27kg*用u为质量单位，用MeV为能量单位表示的质能公式：

1u931.5MeVm(u)

=1.073510-3E(MeV)E(MeV)=931.5m(u)或C212PPT课件四、原子核的稳定性*平均结合能：=E/A平均结合能表示的松紧程度：(图13-1平均结合能曲线）13PPT课件3、重核（质量数A200）：较小，原子核结合较松；

其中A209的核都是放射性核素。*中等核比重核和轻核都稳定。由此知道获得核能的两种途径：轻核聚变和重核裂变。1、轻核（质量数A30）：

较小，原子核结合较松（除偶偶核外）2、中等核（质量数A

为40~120）：较大，原子核结合较紧。14PPT课件*

轻核聚变：

轻核聚合成较重的原子核，会释放出大量的能量。*

重核裂变：

重核分裂成两个中等核，会释放出大量的能量。例子

铀核裂变及其链式反应:慢中子轰击235铀核时，会分裂成两个质量大致相等的中等核和1-3个中子，并释放出大量的能量；新的中子又引起其他铀核裂变。这种核反应可持续进行下去。原子弹（我国1964年）和原子反应堆（我国1958年）例子

氘核聚变及其热核反应：在极高温度（108K）下，氘核高速运动相互碰撞而发生大量聚合，单位质量氘核聚变释放能量是单位质量铀核裂变释放能量的4倍左右。应用

氢弹（我国1967年）和太阳能源15PPT课件原子弹的基本构造

110秒蘑菇云37秒对流风

11秒振波0秒爆炸16PPT课件原子弹爆炸

氢弹

美国50年代研制出的第一颗航空投掷型氢弹－MK17型氢弹核电站17PPT课件“LittleBoy”原子弹的照片18PPT课件第二节

原子核的衰变类型

*

核衰变过程严格遵守如下守恒定律：

质量和能量守恒定律，动量守恒定律，电荷守恒定律，核子数守恒定律.

*核衰变:放射性核素能自发放出射线变为另一种核素的现象，称为核衰变（nucleardecay）.*衰变能:按照质能关系，核衰变前后的静止质量的差值，转变为核衰变时释放的能量，称为衰变能。（decayenergy）,记为Q。

19PPT课件一.α衰变

A值超过209的重核发射核（也称为粒子），而衰变为A值较小的原子核。称这种衰变为衰变(decay)。*衰变式：

*位移法则：子体核在元素周期表中位于母体核前两位。*子体核可处于激发态,所以有γ射线和内转换电子伴随射线发射出来。1(5.5%)2(94.45%)0.1860.000(镭)(氡)20PPT课件21PPT课件二、β衰变

中子过多的原子核发射电子（也称β-粒子：

)，这种衰变过程叫做β-衰变.1.β-衰变(β-decay)：*衰变的实质：*衰变式：（反中微子）*位移法则：子体核在元素周期表中位于母体核后一位。*子体核处于激发态；所以有γ射线和反中微子射线伴随β射线发射出来。0.14260.0000β(81%)(钼)(锝)22PPT课件2.β+衰变(β+decay):有些中子过少的原子核，当其基态能量较大时，质子发射正电子（也称为β+粒子：

)；这种衰变方式称为β+衰变.*衰变的实质：*衰变式：*位移法则：子体核在元素周期表中位于母体核前一位。*子核可以处于激发态；所以有γ射线伴随β+射线发射。*

β+粒子与电子结合转变为双光子(能量各为0.511MeV)发出。0.5460.0000.378EC(43%)β+(57%)1.022MeV(铁)(锰)（中微子）23PPT课件β-衰变β+衰变24PPT课件

在中子过少的原子核内部，质子可以俘获一个核外电子，发射一个中微子而转变为中子；这个衰变过程称为电子俘获.3.电子俘获（electroncapture；EC）：*衰变式：（中微子）*位移法则：子体核在元素周期表中位于母体核前一位。*子体核发出标识X射线。探测电子俘获的基础。0.6470.0000.392EC(1.7%)EC(98.2%)(锡)(铟)25PPT课件

从某种核素放出的粒子，其能量不象衰变和辐射那样只有一种或几种特定的数值，而是具有各种能量，能量的分布是连续的。如图所示：粒子数

N粒子动能

E峰值26PPT课件三.

衰变和内转换*衰变(decay):射线是从原子核内发出的高能量光子流。原子核激发态的能级通过发出射线的衰变方式称为衰变.例子：99Tc的衰变。*内转换(internalconversion)：原子核激发态的能级也可直接传递给核外内层电子，使电子从原子中飞出；结果使原子发出标识X射线。基态激发态能级（MeV)0.18110.14260.1405射线0.000099Tcm27PPT课件28PPT课件第三节核衰变的规律*衰变定律：不稳定核素的衰变率与现有的原子核个数N成正比，即：一、衰变定律*

自发过程遵循统计规律；利用初始条件:t=0时，N=N0；对上式积分得到：*放射性物质按指数规律衰减.29PPT课件二、衰变常数和半衰期

1、衰变常数λ

(decayconstant)

：单位：s-1物理意义：衰变常数λ越大的放射性核素，其衰变越快。2、半衰期T

（half-life）

：定义：半衰期是放射性核素减少一半所需的时间。表达式：

物理意义：半衰期越小的放射性核素，其衰变越快。衰变定律另一表式：30PPT课件3、平均寿命T*

定义：放射性核平均生存的时间注：上式为衰变常数、半衰期和平均寿命三者的关系31PPT课件在核医学中,采用放射性物质做生物机体示踪剂.进入机体的放射性核素除因自身衰变而减少外,还可以通过机体的代谢排除体外.生物机体排出放射性核素的规律近似服从衰变定律：生物半衰期Tb

(biologicalhalflife),生物衰变常量b(biological

decayconstant).生物机体内放射性原子核的衰变定律：其中e=+b称为有效衰变常量(effectivedecayconstant),它对应的半衰期为有效半衰期Te(effectivehalflife).它与物理半衰期T和生物半衰期Tb的关系为4、有效半衰期Te32PPT课件三、放射性活度（radioactivity，

A）*

放射性活度的国际单位称为贝可，记为Bq。

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