放射性及其衰变规律

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1、核技术勘查第二章放射性及其衰变规律第二章放射性及其衰变规律教学内容1、核衰变及放射性核素2、放射性衰变与积累规律3、放射性测量单位与标准源核衰变与放射性核素一、原子结构及原子核衰变自然界由各种各样的物质组成，每种物质的元素都由化学性质完全相同的原子组成。每种元素的原子由原子核及核外的电子组成。原子核由质子和中子组成，中子不带电，质子带正电，质子所带的正电荷量与核外电子所带负电荷量相等，电性相反，整个原子成电中性。所有这些物质都是由存在于自然界的90多种元素的原子(核)组成。例如水由二个氢原子和一个氧原子组成(Ｈ２Ｏ)；乙醇由六个氢原子，二个碳原子和一个氧原子组成(C２H

2、５OH).核衰变与放射性核素原子很小，其直径为10－８cm；原子核的直径只有10－１２～10－１３cm，约为原子线度的1/10000。原子核集中了原子的全部正电荷和99.95％以上的质量，原子质量在10－２２～10－２４g的范围内。例如，自然界最轻的氢元素的原子质量只有1.6736×10-24g，最重的铀原子的质量也只有3.9510×10-22g质子质量mｐ=1.67252x10-24g电子质量mｅ=9.1091x10-28g所以质子的质量为电子质量的1836。原子与原子核一个原子核由Ｚ个质子(原子序数)和N个中子所组成，则该原子核质量m=Z·mｐ+N·mｎ,由于mｐ和

3、mｎ都很接近于1，因此，当用u作单位时，原子核质量非常接近于一个整数，我们用A来表示原子核质量最接近的整数，并称为质量数，这样有A=Z+N。铀原子核表示为238U。核衰变及放射性核素具有确定质子数和中子数的一类原子或原子核称为核素。原子序数相同而质量数不相同的核素互为同位素，如氢，氘和氚原子序数Ｚ都为１，但质量数A分别为1，2，3这种具有相同原子序数但质量数不同的核素称为同位素。这三种核素为氢的同位素。原子序数和质量数都相同的原子核，原子核处于不同核能态的一类核素称为同质异能素。世界上已发现109种元素，核素2000多种(其中稳定性核素300种左右，如31Ｐ，32Ｓ等；

4、其余都是放射性核素，如131Ｉ，32Ｐ等)。核衰变及放射性核素原子核结合能处于最低能量状态（即基态），是所有稳定原子核的状态。高于基态的能量状态，为不稳定的激发态。自然界中有些天然物质是由不稳定的原子组成的。它们能自发地转变成稳定的原子。在这种转变过程中，常伴随着发射带电粒子和γ射线，其本身变成另一种核素，该过程称放射性衰变，这种现象称放射性现象，这类元素称放射性核素（同位素）。核衰变及放射性核素1896年法国科学家亨利·贝可勒尔(H·Becquerel)发现了放射性现象。这些不稳定的原子核主要的衰变类型如下：1）α衰变：处于激发态的放射性核素（X)，自发地放出α粒子，

5、而转变成另一种原子核（Y)的过程，称为α衰变。例如：原子核经α衰变转变成为核衰变及放射性核素2）β衰变：处于激发态的放射性核素（X)，自发地放出β粒子，而转变成另一种原子核（Y)的过程，称为β衰变。β+衰变:β-衰变:3)电子俘获:放射性核素（X)自发地俘获一个轨道电子,使核内一个质子变为中子,生成的新核素质量数与母核相同,原子序数比母核减少一位.核衰变及放射性核素4)同质异能γ跃迁α衰变和β衰变产生的新原子核,处于激发态的时间很短,(约10-13s），很快跃迁到较低能级或基态，并放出γ光子。而核的原子序数和质量数都不变。天然放射性核素天然放射性核素可分为两类：1）与地

6、球同时形成的至今存在的一些的长寿命放射性核素。如：238U、232Th、87Rb、40K等。2）宇宙射线撞击地球物质原子核，引起核反应生成的放射性核素。如：14C、10Be、26Al、36CL等。自然界的放射性系列有三个：铀(U)系、钍(Th)系和锕铀(AcU)系。有人工方法能够得到镎(Np)系，放射性系列中的元素的原子序数都大于81。除上述成系列的天然放射性元素外，还有180多种不成系列的天然放射性元素，它们经过一次衰变后即成稳定元素，如钾40K，铷87Rb等。天然放射性核素(一）三个天然放射性系列1、铀系铀是在然界存在的主要放射性元素矿产，起始的放射性母体核素为23

7、8U,如图所示：天然放射性核素天然放射性核素2）钍系钍系的起始放射性母体核素为232Th，如图所示：天然放射性核素天然放射性核素3）锕（铀）系锕系的起始放射性母体核素为232U,衰变如图所示：天然放射性核素天然放射性核素（二）三个放射性系列的共同特点1）每个系列都有一个常寿命的起始放射性核素，半衰期都在7.13x108～1.41x108a之间。2）每个系列得最后都是铅的稳定同位素。3）每个系列都有一个气体，氡的放射性核素。4）每个系列核素的质量数变化有相似的规律性。人工放射性核素的衰变与积累规律衰变前的核称为母核,衰变后的核称为子核。一、