第十三章 原子核与放射性.ppt

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1、原子核物理核磁共振成像第十三章2021/8/271§13.1原子核的一般性质原子核的组成放射性同位素和核素原子核的结合能2021/8/2721、原子核的组成成分原子核由质子和中子组成。质子（P）：中子（n）：原子核符号核子一、原子核的组成2021/8/273原子核的体积总是正比于它的质量数A在一切原子核中，核物质的密度是一个常数。2、原子核的大小2021/8/2743、核力：核子之间的相互作用力，抵消核子之间的较强的库仑排斥力。1）.核力是比电磁力强得多的强相互作用力，主要是吸引力。2）.核力是短程力，核子间距离小于10-15m时才明显。3）.核力与核子带电状况无关。4

2、）.核力具有饱和性。核力的特征：2021/8/275具有相同的质子数而中子数不同的原子核称为同位素。质子、电子和中子符号具有相同的质子数Z和中子数N的原子核称为核素。质量数A相同而质子数Z不同的原子核称为同量异位素。如质量数A和质子数Z都相同的原子核可能处于不同的能量状态，习惯上将那些处于激发态、寿命又较长的核素称为同质异能素。二、放射性同位素和核素2021/8/276原子核的质量总是小于组成该原子核的核子的总质量之和，它们之间的差额称为原子核的质量亏损。核子在结合成原子核时，它们之间的核力作用使体系能量降低，从而释放出能量，相应质量减少了。三、原子核的结合能2021/

3、8/277Z个质子和(A-Z)个中子结合成原子核时，释放能量平均结合能(比结合能)：原子核的结合能与原子核内所包含的总核子数的比值。原子核结合能：由质子和中子形成原子核时所放出的能量。平均结合能越大，原子核越稳定。2021/8/278平均结合能特点：1）较轻核与较重核平均结合能都较小；2）轻核的平均结合能还出现周期性起伏，其值最大的地方相应为质量数是4的整数倍的地方，如：等核；3）中等质量的核（A在40-120之间）平均结合能较大，显示了核力的饱和性；(P286)2021/8/279§13.2原子核的放射性衰变α衰变β衰变γ衰变和内转换2021/8/2710核素分类：稳

4、定核素放射性核素天然放射性核素人工放射性核素利用加速器或反应堆制成（医用）现有107种元素，2000多种核素，90%具有放射性2021/8/2711原子核衰变：三种衰变：衰变、衰变、衰变不稳定（放射性）的原子核会自发地转变成另一种核而同时放出射线，这种变化叫放射性衰变。衰变遵循：质量、能量、动量、电荷数、核子数守恒。2021/8/2712衰变是原子核自发放射出粒子(即氦核)一、α衰变Q衰变能或1）能发生衰变的核素一般为质量数A＞209的重核；2）发生衰变后，子核比母核在元素周期表中位置前移两位；粒子以高速从核中飞出遇物质失去动能，捕捉两电子变为He原子；

5、说明：2021/8/27133）粒子能量分立，子核可能是基态或激发态，激发态子核发出射线回到基态；衰变能主要表现为粒子的动能，子核的动能很小；4）伴有衰变纲图（如：镭）：2021/8/2714衰变是核电荷改变而核子数不变的核衰变.分+衰变、-衰变和电子俘获（EC)三种二、β衰变+衰变-衰变电子俘获(EC)2021/8/2715-衰变是原子核内中子转变成质子，同时放出一个电子和与电子相联系的反中微子电子俘获(EC)，+衰变是原子核内质子转变成中子，同时放出一个正电子和一个中微子说明：1）衰变的实质：2）遵循位移定律：-衰变子核后移一位，+衰变和电

6、子俘获（EC)子核前移一位；3）因为有中微子存在，粒子能量连续；2021/8/27164）电子俘获（EC)会伴随有标识X射线或俄歇电子产生；5）伴随有射线产生，激发态子核退激或正电子与电子结合成2个能量为0.511MeV光子；6)衰变后子核与母核都为同量异位素，A不变,在元素周期表中的位置改变。7）+衰变发生的条件为：因为：2021/8/2717衰变：射线是光子流，是在衰变或衰变后形成新核时辐射出来的，属于同质异能跃迁。三、γ衰变和内转换内转换：激发态子核向低能态跃迁时不发射射线而直接将能量传给核外电子，使其脱离原子核束缚而成为自由电子，这种现象为内转

7、换，此电子为内转换电子，伴随有标识X射线或俄歇电子。各种衰变都可以绘出其衰变纲图。2021/8/2718一、放射性衰变规律t时刻样品中有N个核，在dt时间内有dN个发生衰变§13.3核衰变规律1、单个原子核随机衰变2、大量原子核遵循以下规律：所以：2021/8/2719当t=0时，N=N0放射性衰变定律t时刻，每单位时间衰变的原子核数与该时刻原子核总数的比越大，衰变越快。二、半衰期原子核衰变到N=N0/2所需的时间。2021/8/2720三、平均寿命每个原子核衰变前存在的时间的平均值。原子核的寿命：平均寿命：平均寿命与半衰期的关系：202