第十四章 原子核kkk

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1、第五篇原子物理第十四章原子核[教学要点]1．掌握放射性核素的衰变规律，衰变常数、半衰期、平均寿命、放射性活度等物理概念。2．理解射线剂量的定义及射线的防护方法。3．了解原子核的基本性质,原子核的质量亏损和结合能的物理意义以及放射性核素在医学上的应用。原子物理，是20世纪新建立的一个物理学分支。它研究原子核的结构和变化规律，射线束的产生、探测和分析技术，以及与核能、核技术应用有关的物理问题。它是一门既有深刻理论意义，又有重大实践意义的学科。从1896年贝克勒尔发现铀原子核的放射性和1911年卢瑟福提出原子的模型以

2、后，经过长期探索，核技术和核理论都有了很大的发展。目前原子核物理学已广泛应用到医学上，出现了新兴的边缘学科____核医学。本章主要介绍原子核的基本性质、衰变类型和衰变规律，并在此基础上讨论与射线相关的一些问题及医学应用。第一节原子核的性质我们将从原子核的基本结构出发，讨论原子核的组成、性质和稳定性等内容。一、原子核的组成原子核的性质原子核的稳定性（一）原子核的组成原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带一个单位正电荷（以电子的电荷e为单位，即1.602×库仑），常用符号p表示。中子不带电，常用符号n

3、表示。在正常情况下，原子核外的电子数与核内质子数相等，整个原子呈中性。质子和中子质量都极小，常采用原子质量单位来度量，以符号u表示。国际上规定以自然界中普遍存在的原子质量的为一个原子质量单位，1u＝1.660566×23㎏。质子的质量为1.007277u，是电子质量的1836.1倍。中子的质量比质子略大一些，为1.008665u，是电子质量的1838.1倍。测量结果表明，原子核的质量都接近整数，这个整数称为原子核的质量数，通常用A表示。原子核的质量是由质子和中子共同提供的，由于质子和中子的质量相近，并且都接近1

4、u，所以原子核的质量数就是该原子核所包含的核子总数。一种元素的原子核含有一定数目的质子和中子，用符号表示。Ｘ表示该元素的化学符号，Ｚ表示原子核内的质子数，即原子序数。Ａ为原子核内的核子数，也就是相应的原子的质量数。Ａ-Ｚ为原子核内的中子数。由于Ｚ和Ｘ的一致性，Ｚ可以略去，写成。自然界中最轻的原子核是（氢1），只有一个质子，没有中子。质子数和中子数相同且能量状态也相同的一类原子核或原子的集合称为核素，同一种元素可以包含多种核素。核素可分为两大类。一类是稳定性核素，它能够稳定地存在，如、、等。另一类是不稳定核素亦称

5、为放射性核素，它能自发地放出射线而转变成另一种核素，如、、等。放射性核素又分为天然放射性核素和人工放射性核素（由核反应堆、加速器和放射性核素发生器等生成）。至今为止，人们已发现109种元素，得到的核素有2000多种，其中稳定核素约有280多种，其余均为放射性核素。天然放射性核素只有60种左右，如、等，医学上常用的放射性核素如、、、等几乎都是人工放射性核素。质子数相同，而中子数不同的核素称为同位素。它们就像“孪生兄弟”在元素周期表中占据同一位置，属于同一种元素，化学性质相同，但是物理性质不同。自然界存在的元素往往

6、是由几种同位素所组成，并且各种同位素的含量有一定的比例，这种比例称为同位素的丰度。例如，自然界存在的铀有三种同位素，即、和，它们的丰度分别为99.274%、0.720%和0.006%。质子数和中子数相同，但处于不同能量状态的核素称为同质异能素。核的同质异能素记为，如就是的同质异能素，前者处于较高的亚稳态，后者处于基态。质量数相同而质子数不同的核素称为同量异位素，如和互为同量异位素；、和互为同量异位素。（二）原子核的性质231．原子核的大小和密度原子核的形状近似球形，半径小于；原子核的密度，是物质紧密集中之处。2

7、．核力是什么原因使质子和中子聚合在一起形成原子核呢？核子之间的万有引力与电磁力相比，是可以忽略的。于是我们可以设想，如若核子之间没有更强大的引力作用把它们紧密地束缚在一起，质子之间的强烈静电斥力作用只能使原子核解体。核子之间的这种更强大的引力就是核力。核力有如下性质：①核力具有短程性和饱和性。只有当核子之间的距离等于或小于m数量级时，核力才表现出来。可见，核力为短程力。核力与液体中分子之间的作用力很相似，任一核子不可能与核内所有核子都发生核力作用，而只能与核内相邻近的核子发生核力作用，而邻近的核子数是相当有限的

8、，所以核力具有明显的饱和性。实验表明，随着原子核质量数的增大，质子之间的斥力作用比核力作用上升得更快，这正是原子核随着质量数的增大而表现出不稳定性的原因。②核力是目前已知最强的力，是比万有引力和电磁力大得多的一种力。③核力的相互作用与核子的带电状况无关。在原子核内，无论中子与中子之间，质子与质子之间，还是中子与质子之间，表现的核力是相同的，与核子是否带电无关。3．核能级原子核可以处于不