1、第17章 原子核和放射性,教学基本要求 一、理解原子核的组成，掌握质量亏损和结合能的计算； 二、理解核衰变的几种类型，掌握核衰变的规律； 三、了解辐射剂量和辐射防护。,17.0 概述,原子核物理学是研究原子核的结构、特性及其相互转变的科学。从1896年贝克勒尔发现铀原子的放射性和1911年卢瑟福提出原子核型结构之后，经过大半个世纪的探索和研究，核理论和核技术得到了飞速的发展，导致了原子能和同位素的应用。在医学上，放射性同位素已用于对疾病的诊断、治疗和研究，形成了专门的学科-核医学。,17.1 原子核的基本性质,17.1.1 原子核的组成、质量和大小 一、原子核(又称为核素)的组成-由质子和中子
2、组成。质子以p表示，带正电，电量为 ， 质量为 ，用原子质量单位表示为1.007276u；中子以n表示，不带电，质量为 ，用原子质量单位表示为1.008665u.,二、原子核的表示-核素种类很多，通常表示为,电荷数是质子的个数，等于原子序数,核素,质量数是质子数和中子数的总和,三、原子核的大小,四、同位素、同量异位素和同量异能素 -质子数相同而中子数不同的核素叫同位素，在元素周期表中占据同一位置，化学性质相同。如 -质量数相同而质子数不同的核素叫同量异位素， 如 -质量数和原子序数相同而处于不同能态的核素叫同质异能素，通常在元素符号右上角标以m，如,五、核力-核子之间的相互作用力，不是电磁力，
3、不是万有引力，是短程力，是强吸引力，具有饱和性。,一、质量亏损-由质子和中子组成的原子核的质量小于质子和中子的质量和，二者之差称为质量亏损。,二、结合能-由相对论的质能关系知，质量变化有对应的能量变化，核子组成原子核时的质量亏损以能量形式放出，这个能量称为结合能。结合能与核子总数之比称为比结合能。,(17-1),(17-2),1u的质量亏损对应 931.5MeV 的结合能,17.1.3 质量亏损和结合能,例17-1 已知 的原子质量为235.11700u，试计算其质量亏损、结合能、比结合能。,解：原子核的质量等于原子质量减去电子质量， 的A=235，Z=92，电子有92个，所以它的质量为,17
4、.2 原子核的衰变类型,核衰变-放射性核素自发地放射出某种射线而变为另一种核素的现象。放射性核素分为天然放射性核素和人工放射性核素两种。-核衰变过程遵守电荷守恒、质量守恒、能量守恒、动量守恒和核子数守恒。-核衰变有三种类型， 衰变、 衰变、 跃迁和内转换。,原子核放射出高速 粒子流( 射线)而衰变为另一种原子核的过程。- 粒子就是氦核( )，由两个质子和两个中子组成。衰变前的原子核称为母核(母体)，衰变后的原子核称为子核(子体)。衰变的位移定则为,衰变能,子核,母核,17.2.1 衰变,原子核放射出高速电子流( 射线)或高速正电子流( 射线)或俘获一个核外电子而衰变为另一种原子核的过程。- 粒
5、子就是负电子( )， 粒子就是正电子( ) 。,1. 衰变的位移定则为,17.2.2 衰变,2. 衰变的位移定则为,3. 电子俘获的位移定则为,衰变能,子核,母核,(17-6),中微子,处于激发态的放射性核素向低能态跃迁，有时不是放射出 光子，而是把能量交给核外电子，使电子飞出，这种过程称为内转换。,当放射性核素处于激发态时，它将放射出 光子( 射线)并从激发态跃迁低能态或基态，这一过程称为跃迁。射线是一种波长比X射线更短的电磁波，在 衰变、 衰变的过程中都伴有 跃迁。跃迁属于同质异能跃迁，子核和母核相同。 跃迁可表示为,(17-7),17.2.3 跃迁和内转换,(17-8),衰变常数反映核素
6、衰变的快慢,17.3.1衰变规律-对于某一个原子核，无法确定它何时衰变，对于数量很多的原子核，衰变情况符合统计规律。,t 时刻有核 N 个，在d t 时间内因衰变而减少了 d N个。 d N与N、d t 成正比,整理并积分得,17.3 原子核的衰变规律,17.3.2 半衰期核的数目因衰变减少到原来的一半所经历的时间，用 表示,平均寿命-一个核在衰变前存在的时间叫这个核的寿命， 个核在衰变前平均存在的时间叫这种核素的平均寿命，用 表示。,时间内有 个核衰变，即这 个核的寿命为 ，它们的总寿命为 .,将 个核的寿命加起来除以 ，即得这种核素的平均寿命,平均寿命与半衰期的关系为,生物半衰期和生物衰变
7、常数-人体内的核素由于代谢而排泄出体外使核素的数目减少。,-单位时间衰变的原子核的数目，称为放射源的放射性活度或放射性强度，用 A 表示。,(17-12),(17-13),放射性活度的SI制单位：贝克勒尔，用 B q表示。,曾经用,17.3.5 放射性活度(放射性强度),例17-2 已知镭 的半衰期为1600年，求它的衰变常数和 1克镭的放射性活度。,解：由式(11-10)可得衰变常数为,镭的质量数为226，则 1g 镭的原子核的数目为,原子核的个数与核素质量的关系,例17-3 放射性磷 出厂时的放射性活度为 ，问一周后放射性活度还有多大？,解：查表得，磷 的半衰期为 14.3 天，由题知，,
8、由式(11-13)得,17.5 辐射剂量与防护,高能射线通过物质时，能产生电离作用，称为电离辐射。电离辐射会使物质发生变化，称为辐射效应。生物体接受电离辐射产生的变化称为生物效应，效应程度与它吸收的能量多少正相关。剂量-表示人体接受电离辐射的量。,照射量表示进入被照射物质的辐射总量，通常以X射线和 射线在单位质量空气中产生的阳(或阴)离子电量表示其照射量。定义为,(17-14),17.5.2 吸收剂量被照射物质单位质量所吸收的辐射能量，称为吸收剂量。定义为,(17-15),单位为,单位为 G y,17.5.1 照射量,对不同射线，生物体单位组织吸收同样多的能量时，生物效应可以有很大差异，用相对生物效应 (RBE)比较不同辐射引起的这种差异。,剂量当量-各种射线或粒子被吸收后引起生物效应的程度。定义为,表11-3 几种射线的QF,射线的品质因数(辐射权重因子),单位为希沃特还有雷姆,17.5.3 剂量当量,一、最大容许剂量(MPD)-长期积累或一次性照射后对机体既无损害又无遗传危害怕最大剂量。 我国规定：每周不超过每年不超过每天不超过二、外照射防护-体外放射源对人体的照射叫外照射。 远离放射源，减少在放射源附近的停留时间，设置屏蔽装置。三、内照射防护-放射源在人体内的照射叫内照射。 一般要尽量避免，临床上要严格控制。,17.5.4 辐射的防护,
