1、原子核與放射性-最新第一頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新第一節(jié)第一節(jié) 原子核的基本原子核的基本(jbn)(jbn)性質(zhì)性質(zhì)一一. .組成組成(z chn)(z chn)1.1.原子核原子核: :質(zhì)子質(zhì)子: :帶一個帶一個(y )(y )單位的正電荷單位的正電荷中子中子: :中性粒子中性粒子 m=1.007277 m=1.007277 原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位 m=1.008665m=1.008665 原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位 核子在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化核子在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化XAZ 312111HHHOOO188178168 元素符號元素符號質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)中子數(shù) =

2、= A - ZA - Z2.2.以組成分類：以組成分類：a.a.同位素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同同位素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同氚氘氕 一個原子質(zhì)量單位一個原子質(zhì)量單位 u = 1.66055u = 1.6605510-27 Kg 第二頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新b.b.同質(zhì)異能素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)相同，能量同質(zhì)異能素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)相同，能量(nngling)(nngling)不同不同113m1134949 In In 銦 c cm99439943鍀TT 3231HeHc.c.同量異位素：核子數(shù)相同，質(zhì)子同量異位素：核子數(shù)相同，質(zhì)子(zhz)(zhz)數(shù)不同數(shù)不同ONC148147

3、146 穩(wěn)定性核素穩(wěn)定性核素3.3.以性質(zhì)以性質(zhì)(xngzh)(xngzh)分分類：類：放射性核素放射性核素二二. .性質(zhì)性質(zhì)1.1.體積體積: :非常小半徑： 102 . 1: 150310mRARRARRV3033434Vm2.2.密度密度: :ARm3034AA31527)102 . 1 (41066. 13317/103 . 2mkg第三頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新三三. .穩(wěn)定性穩(wěn)定性 1.1.質(zhì)量質(zhì)量(zhling)(zhling)虧損虧損鈹鈹Be94uBe 072433. 95008665. 14007277. 1 :94原子核質(zhì)量原子核質(zhì)量(zhling)(zhling

4、)：9.0121858 u9.0121858 u中子中子(zhngz)(zhngz)質(zhì)量：質(zhì)量：1.008665 u1.008665 u質(zhì)子質(zhì)量：質(zhì)子質(zhì)量：1.007277 u1.007277 uum 062472. 00121858. 9072433. 9 :原子核質(zhì)量原子核質(zhì)量 209 A209 不穩(wěn)定不穩(wěn)定第五頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)中子數(shù)名稱名稱穩(wěn)定的核數(shù)目穩(wěn)定的核數(shù)目Z ZA-ZA-Z偶偶偶偶偶偶核偶偶核156156偶偶奇奇偶奇核偶奇核4848奇奇偶偶奇偶核奇偶核5050奇奇奇奇奇奇核奇奇核5 5第六頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新第二節(jié)第二節(jié) 核衰

5、變核衰變(shuibin)(shuibin)的類型的類型核衰變：放射性核素自發(fā)地以各種核衰變：放射性核素自發(fā)地以各種( zhn)( zhn)形式轉(zhuǎn)化為另一核形式轉(zhuǎn)化為另一核嚴(yán)格遵守嚴(yán)格遵守: :質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律能量能量(nngling)(nngling)守恒定律守恒定律動量守恒定律動量守恒定律電荷數(shù)守恒定律電荷數(shù)守恒定律核子數(shù)守恒定律核子數(shù)守恒定律衰變前后的質(zhì)量差衰變前后的質(zhì)量差衰變時的能量衰變時的能量( (衰變能衰變能) )一一. .衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換原子核（激發(fā)狀態(tài)）原子核（激發(fā)狀態(tài)）躍遷躍遷內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換穩(wěn)定穩(wěn)定第七頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新躍遷：核子在核內(nèi)處于運動

6、狀態(tài)躍遷：核子在核內(nèi)處于運動狀態(tài)(zhungti)(zhungti)，不同運動狀態(tài)，不同運動狀態(tài)(zhungti)(zhungti) 對應(yīng)不同能量對應(yīng)不同能量核的能量狀態(tài)核的能量狀態(tài)(zhungti)(zhungti)分成一系列等級分成一系列等級: : 核核能級能級激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)3.093.683.866.877.67 激發(fā)態(tài)基態(tài)123136C基態(tài)基態(tài)(j (j ti)ti)衰變衰變波長波長 0.01nm 0.01nm特點：特點：射線譜不連續(xù)（能級不連續(xù)）射線譜不連續(xù)（能級不連續(xù)）A A，Z Z不變，不變， 光子光子貫穿本領(lǐng)強貫穿本領(lǐng)強第八頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換：將能量

7、：將能量(nngling)(nngling)直接傳給核外內(nèi)層電直接傳給核外內(nèi)層電子子將內(nèi)層將內(nèi)層(ni cn)(ni cn)電子打電子打出出 ( (自由電子自由電子(z (z yu din z)yu din z) ) 基態(tài)內(nèi)轉(zhuǎn)換%11%89mcT二二. .衰變衰變放射性核素放射性核素A A較小的核較小的核 4 42 2HeHe 衰變衰變一個一個 4 42 2HeHe ： 粒子粒子許多許多 4 42 2HeHe ： 射線射線天然放射性核素天然放射性核素: : 衰變衰變, ,使使A A減少減少同種核放出的同種核放出的粒子速度相同粒子速度相同不同核放出的不同核放出的粒子速度不相同粒子速度不相同第九頁

8、，共二十四頁。原子核與放射性-最新QHeYXAZAZ衰變4242 :，周期表中前移兩位少，少24ZA衰變位移法則 eV 42粒子能量高百萬攜帶，由HeQQHeRnRa422228622688粒子的核素，少數(shù)能夠放射天然： 209A1471446260 ,SmNd半衰期很長 似穩(wěn)衰變的只是少數(shù)人工： a. 射線能譜不連續(xù)衰變，內(nèi)轉(zhuǎn)換有若子核處于激發(fā)態(tài)，伴 . b貫穿本領(lǐng)小特點特點(tdin)：第十頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新三三. .衰變衰變(shuibin)(shuibin)某些原子核不穩(wěn)定某些原子核不穩(wěn)定(wndng)(wndng)：質(zhì)子數(shù)過多或中子數(shù)過多：質(zhì)子數(shù)過多或中子數(shù)過多中子

9、數(shù)質(zhì)子數(shù)轉(zhuǎn)變 另一核粒子核自發(fā)，符號相反質(zhì)量相同，電荷量相同電子正電子粒子1.1.-衰變衰變(shuibin)(shuibin)QeHn :,011110一定條件下中子數(shù)過多：粒子一個e01 ：電子流，射線許多e01 QeYXAZAZ :011衰變一位，周期表中后移多不變， 1ZAQeSP 0132163215第十一頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新a. a. 能譜連續(xù)能譜連續(xù)(linx)(linx): :衰變衰變(shuibin)(shuibin)能由能由粒子與反中微子共有粒子與反中微子共有能量分配能量分配(fnpi)(fnpi)不固定不固定b. b. 若子核處于激發(fā)態(tài)，伴有若子核處于激發(fā)

10、態(tài)，伴有衰變衰變貫穿本領(lǐng)很強貫穿本領(lǐng)很強2.2.+衰變衰變Qen011011H :下質(zhì)子數(shù)過多：一定條件QeYXAZAZ衰變011 :，周期表中前移一位少不變，1ZA a. a. 能譜連續(xù)能譜連續(xù): :同同- -衰變衰變b. b. 若子核處于激發(fā)態(tài)，伴有若子核處于激發(fā)態(tài)，伴有衰變衰變特點：特點：特點：特點：第十二頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新四四. .電子電子(dinz)(dinz)俘俘獲獲質(zhì)子數(shù)過多：自由質(zhì)子數(shù)過多：自由(zyu)質(zhì)子并不能放出電質(zhì)子并不能放出電子子QneH100111QYeXAZAZ101 :過程，周期表中前移一位少不變，1ZA. a電子被俘獲，空出一個位置射線有若子

11、核處于激發(fā)態(tài)，伴 .b射線產(chǎn)生標(biāo)識 X總結(jié)：總結(jié)：射線射線(shxin)(shxin)能譜不連續(xù)，能譜不連續(xù)，射線能譜連續(xù)射線能譜連續(xù)19331933年泡利提出中微子假設(shè)年泡利提出中微子假設(shè)衰變衰變: : 子母核是同質(zhì)異能素子母核是同質(zhì)異能素衰變：子母核是同量異位素衰變：子母核是同量異位素電子俘獲：子母核是同量異位素電子俘獲：子母核是同量異位素特點：特點：第十三頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新第三節(jié)第三節(jié) 核衰變核衰變(shuibin)(shuibin)的規(guī)律的規(guī)律規(guī)律放射性核素內(nèi)轉(zhuǎn)換 YXQdtNdN,NdtdN一一. .衰變衰變(shuibin)(shuibin)規(guī)律規(guī)律大量大量(dl

12、ing)(dling)核核 t=0t=0 時時: : 母核數(shù)母核數(shù) N N0 0 t=tt=t 時時: : 母核數(shù)母核數(shù) N Ndtdt: : 衰變掉的母核數(shù)為衰變掉的母核數(shù)為 dNdN(1)(1) : : 衰變常數(shù)，由核素性質(zhì)決定衰變常數(shù)，由核素性質(zhì)決定與核素化學(xué)性質(zhì)無關(guān)，不隨外界條件變化與核素化學(xué)性質(zhì)無關(guān)，不隨外界條件變化(2)(2) 負號表示母核數(shù)隨時間增長而減少負號表示母核數(shù)隨時間增長而減少NdtdN第十四頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新(3)(3) 某一核素進行某一核素進行(jnxng)(jnxng) n n 種衰種衰變變: :每種衰變常數(shù)：每種衰變常數(shù)：1 1， 2 2， n

13、n， 總衰變常數(shù)：總衰變常數(shù)：= = 1 1+2 2 + n nNdtdN母核數(shù)：單位時間內(nèi)衰變掉的dtdN：衰變幾率NdNteNN0衰變衰變(shuibin)(shuibin)定律定律t t0 0N NT 2T 3T 4TT 2T 3T 4TN N0 0N N0 0/2/2N N0 0/4/4第十五頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新ntntt個核的壽命第第二個核的壽命第一個核的壽命:21每個核的壽命不同均值定的放射源，壽命的平平均壽命：原子核數(shù)一1三三. .半衰期半衰期 ：描述核衰變快慢的物理量：慢更常用的物理量半衰期：描述核衰變快二二. .平均壽命平均壽命(pn (pn jn shu m

14、n)jn shu mn)原子核的壽命：放射性核素衰變前存在原子核的壽命：放射性核素衰變前存在(cnzi)(cnzi)的時間的時間第十六頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新半衰期半衰期: : T T0tNN e02NNtT將：，代入ln2T0.693693.0ln 20012ttTTNN eNT T 表示放射性核素衰變表示放射性核素衰變(shuibin)(shuibin)快慢，不同核素，快慢，不同核素，T T 不同不同 定義：少一半所經(jīng)歷的時間放射性核素的核數(shù)目減第十七頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新四四. .放射性活度放射性活度dN/dtdN/dt：單位：單位(dnwi)(dnwi)時間內(nèi)

15、母核衰變掉的數(shù)時間內(nèi)母核衰變掉的數(shù)目目dN/dtdN/dt 放射放射(fngsh)(fngsh)掉的掉的N N 放射源越強放射源越強dtdNANteN0teA0TtA210teAA0時的放射性活度0 :0tA）貝可（秒一個核衰變：單位：BqSI1 / Bq10107 . 31Ci Ci ），居里（常用：第十八頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新例例22688, 1600 . :RaTy求 ?鐳的活度 1g后的活度鐳經(jīng)yg1600 1解解: :11-10.693ln21.37 10 1600 365 24 60 60T秒個鐳原子核中有 106.02 2262322688Rag : 122688的

16、原子核數(shù)Rag個 1066.22261002.621230NCiBqNA1 1064.31000021NNCiBqNA5 .0 1082.110第十九頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新例例? , 103.7 73215一周后尚存多少出廠時的放射性活度BqP 14.3 TdBqA 103.770解解: :查表查表dt 7 012tTAA3 .147721107 . 3Bq 1063. 27第二十頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新例例的放射性活度鈾鹽求 )O(U 583gyTU92381047. 4:8428163238 )O(U 83的分子量鈾鹽解解: : 523883的含量中UOUggm2

17、4. 484232385: 238的原子核數(shù)目U231002.623824.4NNANT693.02391002. 623824. 46060243651047. 4693. 0Bq 1027. 54第二十一頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新第五節(jié)第五節(jié) 核的裂變核的裂變(li bin)(li bin)和聚變和聚變一一. .重核裂變重核裂變 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(lin (lin sh fn yng)sh fn yng)1.1.中子中子(zhngz)轟擊鈾轟擊鈾核核2.2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 重核平均結(jié)合能小于重核平均結(jié)合能小于中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能重核分裂成中等重核分裂成中

18、等質(zhì)量核時釋放出能量質(zhì)量核時釋放出能量235113995192054380UnXeSrn210n23592U23592U23592U第二十二頁，共二十四頁。原子核與放射性-最新二二. .輕核聚變輕核聚變1.1.聚變聚變(jbin)2.2.熱核反應(yīng)熱核反應(yīng)(rhfnyng)3.3.控制控制(kngzh) 輕核聚變成為較重的核輕核聚變成為較重的核釋放出巨大的能量釋放出巨大的能量23411120: 17.6HHHenMeV氫彈反應(yīng)式 61343012: 4.8LinHHeMeV反應(yīng)式（百萬度）（百萬度）19671967年年6 6月月1717日日，我國爆炸第一顆氫彈，我國爆炸第一顆氫彈3.3.臨界體積臨界體積4.4.控制控制重水型反應(yīng)堆重水型反應(yīng)堆19641964年年101