1、第十章原子核物理第十章原子核物理掌握：衰变定律、衰变常数、半衰期、放射性活 度、带电粒子与物质相互作用熟悉：电离比值 放射性核衰变类型 了解：能谱 放射平衡 放射性核素在医学上 应用、放射性核素探测和成象第1页1 1 原子核衰变原子核衰变一、原子核组成 同一个元素可含有不一样原子核：如天然存在铀元素，有中子数分别为142、143、146三种原子核。第2页1.核素(nuclide)含有一定中子数、质子数和一定能量状 态原子核符号表示：元素符号电荷数Z(质子数)质量数Z(质子数)N(中子数)第3页2.同位素(isotope)电荷数相同质量数不一样核素例：（氕）（氘）（氚）第4页3.同质异能素(is
2、omer)电荷数和质量数相同但能量状态不一样 核素例：（以m表示原子核处于寿命较长能级较高激发态）第5页二、核稳定性二、核稳定性 中等质量核核子平均结合能比轻核和重核都大，所以中等核最稳定。最常见稳定核中子-质子图 Z 20N/Z 1.5 Z=82铅(Pb)以后，天然存在核素都含有放射性。第6页表10-2 稳定核素数目与核子奇偶性关系 Z N 稳定核数 偶 偶 163 偶 奇 57 奇 偶 50 奇 奇 4第7页三、放射性核素衰变类型核衰变原子核自发地放射某种射线而转 变成其它核素如：天然放射性核素从反应堆和加速器产生放射性核素第8页1.衰变母核子核粒子粒子飞出动能例：第9页2.衰变和电子俘获
3、(electron capture-EC)衰变位移法则：例：+粒子 中微子粒子 反中微子第10页EC位移法则：例：核假如因质子过多而不稳定时，除经过+衰变来调整外，还能够以电子俘获(electron capture-EC)第11页3.跃迁和内转换核从高能态向低能态跃迁放出 光 子过程第12页第13页 内转换(internal conversion)核从高能态向低能态跃迁将能量 传递给核外电子过程 原子核激发态寿命通常是非常短，大约在10-13秒内就完全衰变到基态。所以这些 光子和内转换电子能够看成是伴随 或 粒子发出。第14页四、四、能谱能谱 能谱连续谱 E0/3处粒子最多 平均能量靠近E0/
4、3 第15页2 2 放射性衰变规律一、衰变定律和衰变常数1.放射性衰变定律(law of radioactive decay)设 t 时刻母体核数为N，dt 时间内衰减掉核数dN，则第16页2.衰变常数单位：1/s（单位时间内衰变掉母核数和该时刻存在 母体核总数之比每个原子核单位时 间内衰变概率）第17页 是表征核衰变速度物理量，其值由核素本身决定如：大小决定了核衰变快慢，越大，衰变越快；反之，则越慢第18页2.半衰期(half-life)放射性核数衰减二分之一所需时间T第19页衰变定律半衰期表示式第20页三、平均寿命三、平均寿命 第21页 衰变定律曲线第22页 半衰期 T=5.27年,其衰变
5、常数 =,平均寿命 =.7.59年0.132/年第23页四、放射性活度(radioactivity)放射源在单位时间内发生衰变核 数，也称放射性强度第24页单位：贝克勒尔 1Bq=1s-1 （每秒有一个核衰变）居里 1ci=3.71010 Bq 毫居里 1mci=3.7107 Bq第25页【例例】放射性物质中有两种放射性核素，T1为一天，T2为8天，刚开始时A01为A02128倍，经过多少时间A1和A2相等？【解】【解】第26页五、放射平衡 母体核 子体核 孙代子体 放射系 在母体半衰期大于子体半衰期情况下，经过相当初间后，子体每秒衰变核素将等于它从母体衰变而得到补充核数，子体核数不再增加，到
6、达放射平衡 (radioactive equilibrium)。第27页单位时间内衰变掉母体核数 单位时间内子体核数净增加率为 解上式微分方程 若t0时，N2N200 t 5T2若1 2，则 2-1 2 得 第28页3 3 射线与物质相互作用一、带电粒子和物质相互作用方式1.电离和电离比值电离比值(Specific Ionization SI)每厘米路径上所产生离子对数线性能量转移(Linear Energy Transfer LET)每单位径迹长度上能量损耗,也称传 能线密度LET=SIW第29页 电离比值与带电粒子速度成反比、电荷和物质密度成正比 同一物质中，相同能量粒子电离比值比粒子大得
7、多第30页2.散射散射和轫致辐射 粒子质量小、散射角大，散射作用大于粒子 辐射损失和质量平方成反比，粒子轫致辐射大于粒子 辐射损失和原子序数平方成正比，对射线防护宜采取原子序数较低材料（铝、有机玻璃等）第31页二、射程和吸收规律1.射程空气对空气对射线吸收曲线射线吸收曲线第32页第33页射线吸收曲线射线吸收曲线第34页粒子电离比值大、速度小、射程短；粒子电离比值小、速度大、射程长 在外照射情况下，粒子危害性不大，易于防护，粒子危害大得多 内照射时，粒子电离比值大，伤害很集中第35页4 4 放射性核素在医学上应用放射性核素在医学上应用一、临床核素检验示踪原子 用放射性同位素标识药品进入人体后，经
8、过体外探测诊疗和了解疾病情况二、放射性同位素治疗 利用射线对肌体组织破坏作用，合理地照射一些疾病部位，到达控制发展直至破坏熄灭目标第36页5 5 放射性核素探测和放射性核素探测和成象系统成象系统一、射线探测1.半导体探测器第37页2.闪烁计数器第38页二、放射性核素成象1.摄影机第39页2.发射型计算机断层(ECT)利用待检器官吸收放射性核素放出射线，建成影象，使图象更准确第40页本章小结1.核素、同位素、同质异能素2.衰变3.衰变第41页4.EC5.跃迁和内转换第42页6.放射性衰变定律7.衰变常数、半衰期8.放射性活度单位：贝克勒尔 1Bq=1s-1 居里 1ci=3.71010 Bq第43页10.、粒子和物质相互作用 电离比值、散射作用、射程 防护、伤害程度11.放射性核素在医学上应用12.放射性核素探测和成象系统第44页
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