第十七章原子核和放射性第十七章原子核和放射性1、原子核的基本性質(zhì)2、原子核的衰變類型3、原子核的衰變規(guī)律4、射線與物質(zhì)的相互作用5、輻射劑量與防護及測量原理6、放射性核素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用第十七章原子核和放射性第十七章原子核和放射性1、原子核的1教學(xué)基本要求第十七章原子核和放射性掌握原子核的衰變規(guī)律和應(yīng)用。理解射線與物質(zhì)相互作用的幾種形式。理解射線劑量的定義及射線的防護方法。了解原子核的基本性質(zhì)和原子核的衰變類型。放射性核素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。教學(xué)基本要求第十七章原子核和放射性掌握原子核的衰變規(guī)律和2第十七章原子核和放射性引言盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型貝克勒爾居里夫婦原子核放射性第十七章原子核和放射性引言盧瑟福提出了原子核式結(jié)31.原子核的組成第十七章原子核和放射性第一節(jié)原子核的基本性質(zhì)質(zhì)子p+eZ中子n0N核子A:質(zhì)量數(shù)=核子總數(shù)A=Z+NZ：質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)=原子序數(shù)

一、原子核的組成、質(zhì)量和大小N:中子數(shù)1.原子核的組成第十七章原子核和放射性第一節(jié)原子核42.原子核的質(zhì)量第十七章原子核和放射性原子質(zhì)量單位ump=1.007276μ1.6710-27(kg)mn=1.008665μ1.6710-27(kg)m

=Au原子核的質(zhì)量3.核素：具有確定質(zhì)子數(shù)、核子數(shù)和能量狀態(tài)的中性原子。核素的符號表示法或X：元素符號，Z：原子序數(shù)，A：核子數(shù)2.原子核的質(zhì)量第十七章原子核和放射性原子質(zhì)量單位5第十七章原子核和放射性

1）同位素：

Z相同、A不同的核素。2）同中子異位素：N相同、Z不同的核素。3）同量異位素：A相同、Z不同的核素。4）同核異能素：A和Z相同而處于不同能量狀態(tài)的核素。同位素豐度:同位素在自然界中含量的百分比。AmX、AX表示.99mTc

99Tcm表示能量高。第十七章原子核和放射性1）同位素：Z相同、A不同的核6第十七章原子核和放射性4.原子核的大小R0=1.210-15m。A：質(zhì)量數(shù)R：原子核半徑原子核的平均密度

地球平均密度=6103kg.m-3

第十七章原子核和放射性4.原子核的大小R0=1.278二、原子核的自旋和磁矩

1.原子核的自旋*原子核的角動量*質(zhì)子和中子的自旋角動量和軌道運動角動量的矢量和*自旋大小和方向都量子化I：核自旋量子數(shù)，整數(shù)和半整數(shù)。*核自旋在某方向投影mI:核自旋磁量子數(shù)mI：-I,-I+1,......,I-1,I基態(tài)原子核：偶偶核I為0，奇偶核I為半整數(shù)，奇奇核I為整數(shù)。8二、原子核的自旋和磁矩1.原子核的自旋*原子核的角動第十七章原子核和放射性2.原子核的磁矩*核磁矩在某方向上的投影*帶電體系自旋,必有磁矩.μN：核磁子。用做核磁矩的單位。*核磁矩與核自旋的關(guān)系核磁矩大小和方向都量子化mp質(zhì)子質(zhì)量,e為電子電量,g朗德因子第十七章原子核和放射性2.原子核的磁矩*核磁矩在某方向9第十七章原子核和放射性三、原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損3.結(jié)合能:

自由核子結(jié)合成原子核時釋放的能量。1、愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系1）實驗表明：任何一個原子核的質(zhì)量總是小于構(gòu)成它的所有核子獨立存在時的總質(zhì)量.1u質(zhì)量相當(dāng)于931.5MeV的能量。2.質(zhì)量虧損2）質(zhì)量虧損:組成原子核所有核子的質(zhì)量與原子核質(zhì)量之差。第十七章原子核和放射性三、原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損3.10第十七章原子核和放射性例：質(zhì)子與中子結(jié)合成氘核時釋放多少能量？+P（質(zhì)子）n（中子）2H（氘核）

Δm=mp+mn-md=1.007276u＋1.008665u－2.013552u=0.00239u*釋放的能量越多，結(jié)合就越緊密，原子核就越穩(wěn)定。第十七章原子核和放射性例：質(zhì)子與中子結(jié)合成氘核時釋放多少11第十七章原子核和放射性3.原子核的平均結(jié)合能（比結(jié)合能）ε

越大，核子間結(jié)合得越緊密；核穩(wěn)定性的越高。中等核比重核和輕核都穩(wěn)定。獲得核能的兩種途徑：輕核聚變和重核裂變輕核聚變：氫彈和太陽能源重核裂變：原子彈和原子反應(yīng)堆第十七章原子核和放射性3.原子核的平均結(jié)合能（比結(jié)合能12第十七章原子核和放射性4.核力

1）萬有引力2）電磁力第十七章原子核和放射性4.核力1）萬有引力2）13第十七章原子核和放射性3）核力⑴短程力;⑵強相互作用力;⑶具有飽和性;⑷與電荷無關(guān).

原子核內(nèi)核子之間的作用力第十七章原子核和放射性3）核力⑴短程力;⑵強相互作用力;14四、原子核的宇稱

1、宇稱是表征微觀粒子運動特性的一個物理量。用波函數(shù)在空間坐標(biāo)反演下的變換性質(zhì)來表示。

當(dāng)(r)=+(-

r)時，稱粒子的運動狀態(tài)具有偶宇稱（宇稱為正）；當(dāng)(r)=(-r)時，稱粒子的運動狀態(tài)具有奇宇稱（宇稱為負(fù)）。2、偶宇稱和奇宇稱四、原子核的宇稱1、宇稱是表征微觀粒子運動特性的一個物理量15作業(yè)P2961，3作業(yè)P29616第十七章原子核和放射性第二節(jié)原子核的衰變類型*核衰變:放射性（不穩(wěn)定）核素能自發(fā)放出射線（粒子）變?yōu)榱硪环N核素的現(xiàn)象。*衰變過程滿足的守恒定律質(zhì)量和能量守恒定律，動量守恒定律，電荷守恒定律，核子數(shù)守恒定律.

*衰變能Q:核衰變過程中釋放的能量。

第十七章原子核和放射性第二節(jié)原子核的衰變類型*核衰變17第十七章原子核和放射性2、衰變式（位移法則）一、衰變X：母核,Y：子核，Q：衰變能3、衰變綱圖1定義：放射性核素放射出一個粒子（氦核）的衰變。鐳原子核放射出來的α粒子具有三種不同的能量。第十七章原子核和放射性2、衰變式（位移法則）一、衰變18第十七章原子核和放射性-衰變式核素自發(fā)地放射出射線（高速電子）或俘獲軌道電子而變成另一個核素的現(xiàn)象。二、衰變0.18110MeV2.2×105a9943Tc9942Mo(66h)0.1405β－0.840MeV(1.3%)0.50910.14266.02hβ－1.214MeV(81%)0.9205β－0.43MeV(17%)1.-衰變：母核自發(fā)地放射出一個-粒子（普通電子e-）和一個反中微子。

第十七章原子核和放射性-衰變式核素自發(fā)地放射出射線19第十七章原子核和放射性2.+衰變：母核自發(fā)地放射出一個+粒子（正電子e+）和一個中微子。

0.5460.000EC(43%)1.022MeV(錳)β+(57%)0.3783、電子俘獲（EC）：母核俘獲一個核外電子，同時放出一個中微子。俄歇電子：電子躍遷時不輻射標(biāo)識射線，而將其能量傳給同一能級的另一電子，使其成為自由電子，此自由電子即為俄歇電子。第十七章原子核和放射性2.+衰變：母核自發(fā)地放射出20第十七章原子核和放射性3）射線能譜是連續(xù)的。

1）中微子和反中微子：質(zhì)量數(shù)為零，電荷為零。4.說明

2）衰變的共同特征：子核與母核的核子數(shù)相同。4）衰變的實質(zhì)：第十七章原子核和放射性3）射線能譜是連續(xù)的。1）中微21第十七章原子核和放射性三、衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換

1、衰變：原子核由高能（激發(fā)）態(tài)向低能態(tài)躍遷時釋放光子的現(xiàn)象。2、內(nèi)轉(zhuǎn)換：原子核從激發(fā)態(tài)向較低能級躍遷時不放出光子，把這部分能量直接傳遞給核外的內(nèi)層電子,使其成為自由電子（內(nèi)轉(zhuǎn)換電子）的現(xiàn)象。基態(tài)激發(fā)態(tài)能級（MeV)0.18110.14260.1405射線0.000099Tcm99Tc的衰變。內(nèi)殼層出現(xiàn)空位后產(chǎn)生標(biāo)識X射線或俄歇電子。第十七章原子核和放射性三、衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換1、衰變：原22第十七章原子核和放射性衰變總是伴隨著、衰變。光子不帶電，靜止質(zhì)量為零。3、說明

60Co(T=5.27a)-0.309MeV(100%)1.33MeV2.50MeV012第十七章原子核和放射性衰變總是伴隨著、衰變。光子23醫(yī)用物理課件：第17章原子核和放射性24作業(yè)P29613作業(yè)P29625第十七章原子核和放射性?dN=Ndt

第三節(jié)原子核的衰變規(guī)律1、核衰變是一隨機過程，服從統(tǒng)計規(guī)律。一、衰變規(guī)律N0是t=0時原子核個數(shù)。3、衰變常數(shù)λ*單位：S-1*大小由核素決定。

*表示一個原子核在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的幾率.2、衰變規(guī)律*λ越大，衰變越快。第十七章原子核和放射性?dN=Ndt第三節(jié)26第十七章原子核和放射性二、半衰期1.半衰期（物理半衰期T）：原子核數(shù)目因衰變減少到原來的一半所需的時間。單位：s；min；h；d；a半衰期與衰變常量成反比.

用半衰期表示的衰變規(guī)律第十七章原子核和放射性二、半衰期1.半衰期（物理半衰期27第十七章原子核和放射性2.平均壽命*

平均壽命：放射性核平均生存的時間*問題：計算這10個人的平均壽命。1人活50歲，2個人活了90歲，4個人活了80歲，3個人活了70歲。一定量放射性核素中所有核的壽命相加再除以總核數(shù).第十七章原子核和放射性2.平均壽命*平均壽命：放射性28第十七章原子核和放射性Te、T和Tb的關(guān)系3.生物半衰期Tb由于各種排泄作用而使生物體內(nèi)的放射性原子核數(shù)目減少一半所需的時間。

4.有效半衰期Te同時考慮物理半衰期和生物半衰期，使生物機體內(nèi)放射性原子核數(shù)目減少一半所需的時間。有效衰變常量。b為生物衰變常量。生物體內(nèi)衰變規(guī)律第十七章原子核和放射性Te、T和Tb的關(guān)系3.生物半29

1定義：放射性物質(zhì)在單位時間內(nèi)衰變的原子核數(shù).三、放射性活度（強度）A

*定義式

t=0時的放射性活度.

2、單位:

貝可(Bq

)

常用單位:居里(Ci)。1Bq=1次核衰變/秒

*規(guī)律1定義：放射性物質(zhì)在單位時間內(nèi)衰變的原子核數(shù).三、放射性活303、比活度:單位質(zhì)量放射源的放射性活度。比活度越大放射性物質(zhì)的純度越高。4、物質(zhì)質(zhì)量為M時原子的個數(shù)N3、比活度:單位質(zhì)量放射源的放射性活度。比活度越大放射性物31例、考古學(xué)上應(yīng)用：木乃伊的存在年代如何計算?測量某木乃伊骨骼所含14C的量是同質(zhì)量有生命骨骼含量的1/4,求此木乃伊死亡的年代?活著生物體骨骼內(nèi)14C、12C的數(shù)量之比(平衡比)與空氣相同是確定的值(1.3×10-12),生物體死亡后,14C值將逐漸減少,14C的半衰期T1=5730a由此可求出骨骼存放年代.解：衰變定律例、考古學(xué)上應(yīng)用：木乃伊的存在年代如何計算?測量某木乃伊骨骼32

例：已知某放射性核素在5min內(nèi)減少了43.2%,求它的衰變常量、半衰期和平均壽命.解：根據(jù)衰變定律例：已知某放射性核素在5min內(nèi)減少了43.2%,求它的衰33例：臨床上常用59Fe作血液異常檢查。已知59Fe的半衰期為46.3d,服用9天后測得體內(nèi)的相對殘留量為79%，求59Fe的生物半衰期是多少？解：例：臨床上常用59Fe作血液異常檢查。已知59Fe的34例：求5g鈾鹽(U3O8)的放射性活度(TU=4.47×109

a)（P296，12）解：①求U在U3O8中所占的百分比②求5g鈾鹽中所含U的質(zhì)量④U的放射性活度③求鈾的原子核數(shù)N

U分子量

=238U3O8分子量

=238×3+16×8=842m=5×84.8%=4.24(g)例：求5g鈾鹽(U3O8)的放射性活度(TU=4.35第十七章原子核和放射性例：3215P經(jīng)過7.15天后留存的核數(shù)與開始時的核數(shù)之比為√2/2，求：（1）3215P的半衰期；（2）1.00ug的3215P的活度；（3）1.00ug的3215P在28.6天中所放出的β_粒子數(shù)。N=N0—N=1.41×1016個解：(1)N=N0(1/2)t/T

(1/2)7.15/T=√2/2=(1/2)1/2

T=14.3d.(2)N0=1.00×10-6/32×6.02

×1023=1.88×1016個

λ=0.693/T=0.693/14.3=0.0485d-1=5.61×10-7s-1活度為：A=λN0=5.61×10-7×

1.88×1016

=1.05×1010Bq第十七章原子核和放射性例：3215P經(jīng)過7.15天后36第十七章原子核和放射性四、放射性平衡1、級聯(lián)衰變：

放射性核素衰變一次后，其子核仍具有放射性而繼續(xù)衰變，直到穩(wěn)定核素而終止。2、四個放射系（級聯(lián)衰變鏈）ABC母體核......穩(wěn)定核釷系A(chǔ)=4n錒系A(chǔ)=4n+3鈾系A(chǔ)=4n+2镎系A(chǔ)=4n+1第十七章原子核和放射性四、放射性平衡1、級聯(lián)衰變：37A=4n釷系A(chǔ)=4n+2鈾系A(chǔ)=4n釷系A(chǔ)=4n+2鈾系38錒系A(chǔ)=4n+3镎系A(chǔ)=4n+1錒系A(chǔ)=4n+3镎系A(chǔ)=4n+139第十七章原子核和放射性3、放射性平衡設(shè)t=0時，NA=NA0，NB0=NC0=0在t→t+dt時間內(nèi)母核衰變數(shù)(1)母核衰變規(guī)律(2)子核衰變規(guī)律在t→t+dt時間內(nèi)子核B的凈增加數(shù)第十七章原子核和放射性3、放射性平衡設(shè)t=0時，NA=40第十七章原子核和放射性TA>TBt

(3)放射性平衡級聯(lián)衰變中，各代核的數(shù)量比與時間無關(guān)的現(xiàn)象。*放射性平衡子核每秒衰變的核數(shù)等于它從母核得到補充的核數(shù)，子核數(shù)目保持不變。*核素發(fā)生器（母牛）：由長壽命核素制取短壽命核素的分離裝置.子核與母核衰變規(guī)律相同第十七章原子核和放射性TA>TBt(3)放射性平衡41作業(yè)P2964，6，8，11作業(yè)P29642第十七章原子核和放射性1.電離和激發(fā)第四節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用1）電離（1）直接電離：帶電粒子使某個電子獲得能量脫離原子成為自由電子。（2）間接電離：從原子中脫離的電子，再與其它原子作用引起的電離。（3）比電離（電離比值）*意義：表示帶電粒子電離本領(lǐng)大小,對生物體而言,表示對生物體的損傷程度。*定義：每厘米長的徑跡上離子對數(shù)目。第十七章原子核和放射性1.電離和激發(fā)第四節(jié)射線與物43第十七章原子核和放射性2）激發(fā)*影響因素Q帶電粒子電量v帶電粒子速度ρ物質(zhì)密度帶電粒子使電子由低能級躍遷到高能級的現(xiàn)象。αβ電量2ee速度慢快電離比值4×104501Mev帶電粒子粒子比粒子的電離比值大激發(fā)的結(jié)果：產(chǎn)生光子。第十七章原子核和放射性2）激發(fā)*影響因素Q帶電粒子電44第十七章原子核和放射性2、散射與韌致輻射1）散射：帶電粒子在物質(zhì)中受原子核靜電力的作用而改變方向。*彈性散射：帶電粒子能量不變。*非彈性散射：帶電粒子能量有損失。2）韌致輻射：帶電粒子通過物質(zhì)時，受到原子核的作用，速度急劇減少，帶電粒子的一部分能量以光子的形式發(fā)射出來。第十七章原子核和放射性2、散射與韌致輻射1）散射：帶電粒45第十七章原子核和放射性3.射程和吸收

2）路程：帶電粒子吸收前在物質(zhì)中沿運動軌跡所經(jīng)過的距離。3）射程：路程沿入射方向的投影。1）吸收：帶電粒子能量完全喪失時，粒子射線將消失。*射程總是小于路程。*粒子比粒子的穿透本領(lǐng)小。*射程長，穿透本領(lǐng)大。第十七章原子核和放射性3.射程和吸收2）路程：帶電粒46第十七章原子核和放射性4.正電子與物質(zhì)的相互作用（電子對湮滅）：正電子與自由電子結(jié)合而轉(zhuǎn)化為兩個能量相等（都是0.511MeV)、飛行方向相反的光子。第十七章原子核和放射性4.正電子與物質(zhì)的相互作用（電子47二光子與物質(zhì)的相互作用（自學(xué)為主）

1.光電效應(yīng)X（）光子將全部能量交給殼層電子,產(chǎn)生光電子飛出。光電子標(biāo)識X射線俄歇電子二光子與物質(zhì)的相互作用（自學(xué)為主）1.光電482.康普頓效應(yīng)（散射）

X（）光子與外層電子發(fā)生非彈性碰撞，使其脫離原子成為反沖電子，光子能量減小，以散射光子的形式改變前進方向。2.康普頓效應(yīng)（散射）X（）光子與外層電子發(fā)生非彈性碰493.電子對效應(yīng)X（）光子能量大于電子靜止能量的兩倍時(1.02Mev),光子在原子核附近轉(zhuǎn)化為一對正、負(fù)電子飛出.3.電子對效應(yīng)X（）光子能量大于電子靜止能量的兩倍時(1504說明：三種作用與光子能量和原子序數(shù)的關(guān)系低能：原子序數(shù)Z大，光電效應(yīng)為主；中能：康普頓散射為主；高能：電子對效應(yīng)為主。4說明：三種作用與光子能量和原子序數(shù)的關(guān)系低能：原子序數(shù)Z大51放射線的性質(zhì)及其比較名稱構(gòu)成電量（e）質(zhì)量(u)射出速度電離能力貫穿本領(lǐng)αβγ氦核+240.1c最強最弱電子-11/18400.9c較強較強光子00c最弱最強放射線的性質(zhì)及其比較名稱構(gòu)成電量（e）質(zhì)量(u)射出速度電離52第十七章原子核和放射性三、中子與物質(zhì)的相互作用2.彈性散射：能量低的中子與核的相互作用。3.非彈性碰撞（核反應(yīng)）：能量高的中子與核的相互作用。*非彈性散射(n,n)中子發(fā)射，能量減小，核處于激發(fā)態(tài)。1、許多核衰變中會產(chǎn)生中子。如鈾核裂變。23599U+10n=9038Sr+13654Xe+1010n*中子俘獲(n,γ)中子留在核內(nèi)，結(jié)合能以光子形式發(fā)射。第十七章原子核和放射性三、中子與物質(zhì)的相互作用2.彈性53第十七章原子核和放射性*電荷交換反應(yīng)4、中子的防護常用含氫較多的水、石蠟使中子減速且吸收中子。

(n,p)中子留在核內(nèi)，發(fā)射出一個質(zhì)子。（n，）中子留在核內(nèi)，發(fā)射出一個粒子。

第十七章原子核和放射性*電荷交換反應(yīng)4、中子的防護常用54第十七章原子核和放射性電離輻射：、粒子，γ光子和中子通過物質(zhì)時，能直接和間接產(chǎn)生電離作用。第五節(jié)輻射劑量與防護及測量原理輻射效應(yīng)：各種電離輻射通過物質(zhì)時都將使物質(zhì)發(fā)生變化。生物效應(yīng)：人體組織吸收電離輻射能量后，會產(chǎn)生物理、化學(xué)和生物學(xué)的變化，導(dǎo)致生物組織的損傷。劑量：表示人體接受電離輻射多少的物理量。第十七章原子核和放射性電離輻射：、粒子，γ光子和中55第十七章原子核和放射性1.照射量E（X或γ射線）

E=dQ/dm一、輻射劑量及其單位1）定義:X或γ射線在單位質(zhì)量的干燥空氣中形成的同種符號離子的總電荷量.(C/kg)2）說明*直接量度X或γ光子對空氣的電離能力*僅適應(yīng)于X或γ光子能量在幾個KeV~幾個MeV范圍內(nèi)。3）照射率：單位時間內(nèi)的照射量.(C/kg.s)或(R/s)常用單位（R）倫琴第十七章原子核和放射性1.照射量E（X或γ射線）E=56第十七章原子核和放射性2.吸收劑量D1)定義：單位質(zhì)量的物質(zhì)所吸收到的輻射能量。D=dE/dmJ/kg，戈瑞（Gy）1Gy=1Jkg-1

1

Gy

=

100

rad2）吸收劑量與輻射類型、物質(zhì)種類和照射位置有關(guān)3）吸收劑量率：單位時間內(nèi)的吸收劑量。單位：Gy/s3.當(dāng)量劑量HT1）意義：反映電離輻射對人體損傷程度的物理量.常用單位：拉德（rad）2）引入原因：由于輻射類型等的不同，即使吸收劑量相同,引起的生物效應(yīng)也可能相差很大.第十七章原子核和放射性2.吸收劑量D1)定義：單位質(zhì)量57射線種類和能量范圍ωR

(近似值)射線種類和能量范圍ωR

(近似值)X、γ射線1中子（能量<10eV）5β-、β+射線1中子（100eV～2MeV）20質(zhì)子（能量>2MeV）5中子（2MeV～20MeV）10α射線20中子（>20MeV）53）輻射權(quán)重因子ωR：根據(jù)射線生物效應(yīng)的強烈程度引入。射線種類和能量范圍ωR射線種類和能量范圍ωRX、γ射線158第十七章原子核和放射性4）當(dāng)量劑量HT某一組織或器官T所接受的平均吸收劑量DT,R與輻射權(quán)重因子wR

的乘積HT=wR

DT,R

單位：希沃特（Sv)，1Sv=1Jkg-1。常用單位：雷姆（rem)1Sv=100rem4、注意：當(dāng)量劑量與吸收劑量的異同。第十七章原子核和放射性4）當(dāng)量劑量HT某一組織或器官T所59第十七章原子核和放射性二、輻射防護1.最大容許劑量（MPD）我國現(xiàn)行規(guī)定的MPD為每年不超過50mSv。國際上規(guī)定經(jīng)過長期積累或一次性照射后，對機體既無損害又不發(fā)生遺傳危害的最大照射劑量。人們在日常生活中一直受到各種各樣的照射。第十七章原子核和放射性二、輻射防護1.最大容許劑量（M60第十七章原子核和放射性2.外照射防護放射源在體外對人體進行的照射稱為外照射。人體接受外照射的劑量與離放射源的距離及照射時間有關(guān)。①對α射線的防護：工作時只要帶手套就能有效的進行外防護（射程短）。②對β射線的防護：使用原子序數(shù)中等的物質(zhì)，如用各種塑料和有機玻璃等。③對X、γ射線的防護：用原子序數(shù)較大的物質(zhì)，如鉛。3.內(nèi)照射防護內(nèi)照射：放射性核素注入體內(nèi)進行的照射。任何射線的內(nèi)照射皆應(yīng)該避免，特別是α射線（電離比值大）。第十七章原子核和放射性2.外照射防護放射源在體外對人體61日常生活中接觸到的輻射劑量國家規(guī)定安全劑量5mSv/年吃食物0.2mSv/年磚制房屋0.4mSv/年乘飛機0.01mSv/小時吸煙20支/天1mSv/年泥土、空氣0.5mSv/年門診透視0.3mSv/次胸部透視0.1mSv/次消化道造影13.7mSv/次日常生活中接觸到的輻射劑量國家規(guī)定安全劑量5mSv62第十七章原子核和放射性三、射線的測量原理（自學(xué)）原理：根據(jù)射線能使物質(zhì)的原子、分子電離和激發(fā)的原理，將射線的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘枺╇娮觾x器采集。射線探測器：氣體電離探測器、閃爍探測器、半導(dǎo)體探測器等。第十七章原子核和放射性三、射線的測量原理（自學(xué)）原理：根63作業(yè)P29610作業(yè)P29664第十七章原子核和放射性一、示蹤的原理第六節(jié)放射性核素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用（自學(xué)）把放射性核素注入體內(nèi),就能在體外追蹤該元素在體內(nèi)的各種變化過程中的變動情況。二、放射診斷放射性核素成像（核素成像）：利用放射性核素示蹤方法顯示人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。γ照射機、發(fā)射型計算機斷層成像（ETC），包括單光子發(fā)射型計算機斷層成像（SPECT）、正電子發(fā)射型計算機斷層成像（PET）。三、腫瘤放射治療鈷——60治療機、醫(yī)用直線加速器、-刀等。第十七章原子核和放射性一、示蹤的原理第六節(jié)放射性核素65第十七章原子核和放射性第十七章原子核和放射性1、原子核的基本性質(zhì)2、原子核的衰變類型3、原子核的衰變規(guī)律4、射線與物質(zhì)的相互作用5、輻射劑量與防護及測量原理6、放射性核素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用第十七章原子核和放射性第十七章原子核和放射性1、原子核的66教學(xué)基本要求第十七章原子核和放射性掌握原子核的衰變規(guī)律和應(yīng)用。理解射線與物質(zhì)相互作用的幾種形式。理解射線劑量的定義及射線的防護方法。了解原子核的基本性質(zhì)和原子核的衰變類型。放射性核素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。教學(xué)基本要求第十七章原子核和放射性掌握原子核的衰變規(guī)律和67第十七章原子核和放射性引言盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型貝克勒爾居里夫婦原子核放射性第十七章原子核和放射性引言盧瑟福提出了原子核式結(jié)681.原子核的組成第十七章原子核和放射性第一節(jié)原子核的基本性質(zhì)質(zhì)子p+eZ中子n0N核子A:質(zhì)量數(shù)=核子總數(shù)A=Z+NZ：質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)=原子序數(shù)

一、原子核的組成、質(zhì)量和大小N:中子數(shù)1.原子核的組成第十七章原子核和放射性第一節(jié)原子核692.原子核的質(zhì)量第十七章原子核和放射性原子質(zhì)量單位ump=1.007276μ1.6710-27(kg)mn=1.008665μ1.6710-27(kg)m

=Au原子核的質(zhì)量3.核素：具有確定質(zhì)子數(shù)、核子數(shù)和能量狀態(tài)的中性原子。核素的符號表示法或X：元素符號，Z：原子序數(shù)，A：核子數(shù)2.原子核的質(zhì)量第十七章原子核和放射性原子質(zhì)量單位70第十七章原子核和放射性

1）同位素：

Z相同、A不同的核素。2）同中子異位素：N相同、Z不同的核素。3）同量異位素：A相同、Z不同的核素。4）同核異能素：A和Z相同而處于不同能量狀態(tài)的核素。同位素豐度:同位素在自然界中含量的百分比。AmX、AX表示.99mTc

99Tcm表示能量高。第十七章原子核和放射性1）同位素：Z相同、A不同的核71第十七章原子核和放射性4.原子核的大小R0=1.210-15m。A：質(zhì)量數(shù)R：原子核半徑原子核的平均密度

地球平均密度=6103kg.m-3

第十七章原子核和放射性4.原子核的大小R0=1.27273二、原子核的自旋和磁矩

1.原子核的自旋*原子核的角動量*質(zhì)子和中子的自旋角動量和軌道運動角動量的矢量和*自旋大小和方向都量子化I：核自旋量子數(shù)，整數(shù)和半整數(shù)。*核自旋在某方向投影mI:核自旋磁量子數(shù)mI：-I,-I+1,......,I-1,I基態(tài)原子核：偶偶核I為0，奇偶核I為半整數(shù)，奇奇核I為整數(shù)。8二、原子核的自旋和磁矩1.原子核的自旋*原子核的角動第十七章原子核和放射性2.原子核的磁矩*核磁矩在某方向上的投影*帶電體系自旋,必有磁矩.μN：核磁子。用做核磁矩的單位。*核磁矩與核自旋的關(guān)系核磁矩大小和方向都量子化mp質(zhì)子質(zhì)量,e為電子電量,g朗德因子第十七章原子核和放射性2.原子核的磁矩*核磁矩在某方向74第十七章原子核和放射性三、原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損3.結(jié)合能:

自由核子結(jié)合成原子核時釋放的能量。1、愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系1）實驗表明：任何一個原子核的質(zhì)量總是小于構(gòu)成它的所有核子獨立存在時的總質(zhì)量.1u質(zhì)量相當(dāng)于931.5MeV的能量。2.質(zhì)量虧損2）質(zhì)量虧損:組成原子核所有核子的質(zhì)量與原子核質(zhì)量之差。第十七章原子核和放射性三、原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損3.75第十七章原子核和放射性例：質(zhì)子與中子結(jié)合成氘核時釋放多少能量？+P（質(zhì)子）n（中子）2H（氘核）

Δm=mp+mn-md=1.007276u＋1.008665u－2.013552u=0.00239u*釋放的能量越多，結(jié)合就越緊密，原子核就越穩(wěn)定。第十七章原子核和放射性例：質(zhì)子與中子結(jié)合成氘核時釋放多少76第十七章原子核和放射性3.原子核的平均結(jié)合能（比結(jié)合能）ε

越大，核子間結(jié)合得越緊密；核穩(wěn)定性的越高。中等核比重核和輕核都穩(wěn)定。獲得核能的兩種途徑：輕核聚變和重核裂變輕核聚變：氫彈和太陽能源重核裂變：原子彈和原子反應(yīng)堆第十七章原子核和放射性3.原子核的平均結(jié)合能（比結(jié)合能77第十七章原子核和放射性4.核力

1）萬有引力2）電磁力第十七章原子核和放射性4.核力1）萬有引力2）78第十七章原子核和放射性3）核力⑴短程力;⑵強相互作用力;⑶具有飽和性;⑷與電荷無關(guān).

原子核內(nèi)核子之間的作用力第十七章原子核和放射性3）核力⑴短程力;⑵強相互作用力;79四、原子核的宇稱

1、宇稱是表征微觀粒子運動特性的一個物理量。用波函數(shù)在空間坐標(biāo)反演下的變換性質(zhì)來表示。

當(dāng)(r)=+(-

r)時，稱粒子的運動狀態(tài)具有偶宇稱（宇稱為正）；當(dāng)(r)=(-r)時，稱粒子的運動狀態(tài)具有奇宇稱（宇稱為負(fù)）。2、偶宇稱和奇宇稱四、原子核的宇稱1、宇稱是表征微觀粒子運動特性的一個物理量80作業(yè)P2961，3作業(yè)P29681第十七章原子核和放射性第二節(jié)原子核的衰變類型*核衰變:放射性（不穩(wěn)定）核素能自發(fā)放出射線（粒子）變?yōu)榱硪环N核素的現(xiàn)象。*衰變過程滿足的守恒定律質(zhì)量和能量守恒定律，動量守恒定律，電荷守恒定律，核子數(shù)守恒定律.

*衰變能Q:核衰變過程中釋放的能量。

第十七章原子核和放射性第二節(jié)原子核的衰變類型*核衰變82第十七章原子核和放射性2、衰變式（位移法則）一、衰變X：母核,Y：子核，Q：衰變能3、衰變綱圖1定義：放射性核素放射出一個粒子（氦核）的衰變。鐳原子核放射出來的α粒子具有三種不同的能量。第十七章原子核和放射性2、衰變式（位移法則）一、衰變83第十七章原子核和放射性-衰變式核素自發(fā)地放射出射線（高速電子）或俘獲軌道電子而變成另一個核素的現(xiàn)象。二、衰變0.18110MeV2.2×105a9943Tc9942Mo(66h)0.1405β－0.840MeV(1.3%)0.50910.14266.02hβ－1.214MeV(81%)0.9205β－0.43MeV(17%)1.-衰變：母核自發(fā)地放射出一個-粒子（普通電子e-）和一個反中微子。

第十七章原子核和放射性-衰變式核素自發(fā)地放射出射線84第十七章原子核和放射性2.+衰變：母核自發(fā)地放射出一個+粒子（正電子e+）和一個中微子。

0.5460.000EC(43%)1.022MeV(錳)β+(57%)0.3783、電子俘獲（EC）：母核俘獲一個核外電子，同時放出一個中微子。俄歇電子：電子躍遷時不輻射標(biāo)識射線，而將其能量傳給同一能級的另一電子，使其成為自由電子，此自由電子即為俄歇電子。第十七章原子核和放射性2.+衰變：母核自發(fā)地放射出85第十七章原子核和放射性3）射線能譜是連續(xù)的。

1）中微子和反中微子：質(zhì)量數(shù)為零，電荷為零。4.說明

2）衰變的共同特征：子核與母核的核子數(shù)相同。4）衰變的實質(zhì)：第十七章原子核和放射性3）射線能譜是連續(xù)的。1）中微86第十七章原子核和放射性三、衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換

1、衰變：原子核由高能（激發(fā)）態(tài)向低能態(tài)躍遷時釋放光子的現(xiàn)象。2、內(nèi)轉(zhuǎn)換：原子核從激發(fā)態(tài)向較低能級躍遷時不放出光子，把這部分能量直接傳遞給核外的內(nèi)層電子,使其成為自由電子（內(nèi)轉(zhuǎn)換電子）的現(xiàn)象?；鶓B(tài)激發(fā)態(tài)能級（MeV)0.18110.14260.1405射線0.000099Tcm99Tc的衰變。內(nèi)殼層出現(xiàn)空位后產(chǎn)生標(biāo)識X射線或俄歇電子。第十七章原子核和放射性三、衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換1、衰變：原87第十七章原子核和放射性衰變總是伴隨著、衰變。光子不帶電，靜止質(zhì)量為零。3、說明

60Co(T=5.27a)-0.309MeV(100%)1.33MeV2.50MeV012第十七章原子核和放射性衰變總是伴隨著、衰變。光子88醫(yī)用物理課件：第17章原子核和放射性89作業(yè)P29613作業(yè)P29690第十七章原子核和放射性?dN=Ndt

第三節(jié)原子核的衰變規(guī)律1、核衰變是一隨機過程，服從統(tǒng)計規(guī)律。一、衰變規(guī)律N0是t=0時原子核個數(shù)。3、衰變常數(shù)λ*單位：S-1*大小由核素決定。

*表示一個原子核在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的幾率.2、衰變規(guī)律*λ越大，衰變越快。第十七章原子核和放射性?dN=Ndt第三節(jié)91第十七章原子核和放射性二、半衰期1.半衰期（物理半衰期T）：原子核數(shù)目因衰變減少到原來的一半所需的時間。單位：s；min；h；d；a半衰期與衰變常量成反比.

用半衰期表示的衰變規(guī)律第十七章原子核和放射性二、半衰期1.半衰期（物理半衰期92第十七章原子核和放射性2.平均壽命*

平均壽命：放射性核平均生存的時間*問題：計算這10個人的平均壽命。1人活50歲，2個人活了90歲，4個人活了80歲，3個人活了70歲。一定量放射性核素中所有核的壽命相加再除以總核數(shù).第十七章原子核和放射性2.平均壽命*平均壽命：放射性93第十七章原子核和放射性Te、T和Tb的關(guān)系3.生物半衰期Tb由于各種排泄作用而使生物體內(nèi)的放射性原子核數(shù)目減少一半所需的時間。

4.有效半衰期Te同時考慮物理半衰期和生物半衰期，使生物機體內(nèi)放射性原子核數(shù)目減少一半所需的時間。有效衰變常量。b為生物衰變常量。生物體內(nèi)衰變規(guī)律第十七章原子核和放射性Te、T和Tb的關(guān)系3.生物半94

1定義：放射性物質(zhì)在單位時間內(nèi)衰變的原子核數(shù).三、放射性活度（強度）A

*定義式

t=0時的放射性活度.

2、單位:

貝可(Bq

)

常用單位:居里(Ci)。1Bq=1次核衰變/秒

*規(guī)律1定義：放射性物質(zhì)在單位時間內(nèi)衰變的原子核數(shù).三、放射性活953、比活度:單位質(zhì)量放射源的放射性活度。比活度越大放射性物質(zhì)的純度越高。4、物質(zhì)質(zhì)量為M時原子的個數(shù)N3、比活度:單位質(zhì)量放射源的放射性活度。比活度越大放射性物96例、考古學(xué)上應(yīng)用：木乃伊的存在年代如何計算?測量某木乃伊骨骼所含14C的量是同質(zhì)量有生命骨骼含量的1/4,求此木乃伊死亡的年代?活著生物體骨骼內(nèi)14C、12C的數(shù)量之比(平衡比)與空氣相同是確定的值(1.3×10-12),生物體死亡后,14C值將逐漸減少,14C的半衰期T1=5730a由此可求出骨骼存放年代.解：衰變定律例、考古學(xué)上應(yīng)用：木乃伊的存在年代如何計算?測量某木乃伊骨骼97

例：已知某放射性核素在5min內(nèi)減少了43.2%,求它的衰變常量、半衰期和平均壽命.解：根據(jù)衰變定律例：已知某放射性核素在5min內(nèi)減少了43.2%,求它的衰98例：臨床上常用59Fe作血液異常檢查。已知59Fe的半衰期為46.3d,服用9天后測得體內(nèi)的相對殘留量為79%，求59Fe的生物半衰期是多少？解：例：臨床上常用59Fe作血液異常檢查。已知59Fe的99例：求5g鈾鹽(U3O8)的放射性活度(TU=4.47×109

a)（P296，12）解：①求U在U3O8中所占的百分比②求5g鈾鹽中所含U的質(zhì)量④U的放射性活度③求鈾的原子核數(shù)N

U分子量

=238U3O8分子量

=238×3+16×8=842m=5×84.8%=4.24(g)例：求5g鈾鹽(U3O8)的放射性活度(TU=4.100第十七章原子核和放射性例：3215P經(jīng)過7.15天后留存的核數(shù)與開始時的核數(shù)之比為√2/2，求：（1）3215P的半衰期；（2）1.00ug的3215P的活度；（3）1.00ug的3215P在28.6天中所放出的β_粒子數(shù)。N=N0—N=1.41×1016個解：(1)N=N0(1/2)t/T

(1/2)7.15/T=√2/2=(1/2)1/2

T=14.3d.(2)N0=1.00×10-6/32×6.02

×1023=1.88×1016個

λ=0.693/T=0.693/14.3=0.0485d-1=5.61×10-7s-1活度為：A=λN0=5.61×10-7×

1.88×1016

=1.05×1010Bq第十七章原子核和放射性例：3215P經(jīng)過7.15天后101第十七章原子核和放射性四、放射性平衡1、級聯(lián)衰變：

放射性核素衰變一次后，其子核仍具有放射性而繼續(xù)衰變，直到穩(wěn)定核素而終止。2、四個放射系（級聯(lián)衰變鏈）ABC母體核......穩(wěn)定核釷系A(chǔ)=4n錒系A(chǔ)=4n+3鈾系A(chǔ)=4n+2镎系A(chǔ)=4n+1第十七章原子核和放射性四、放射性平衡1、級聯(lián)衰變：102A=4n釷系A(chǔ)=4n+2鈾系A(chǔ)=4n釷系A(chǔ)=4n+2鈾系103錒系A(chǔ)=4n+3镎系A(chǔ)=4n+1錒系A(chǔ)=4n+3镎系A(chǔ)=4n+1104第十七章原子核和放射性3、放射性平衡設(shè)t=0時，NA=NA0，NB0=NC0=0在t→t+dt時間內(nèi)母核衰變數(shù)(1)母核衰變規(guī)律(2)子核衰變規(guī)律在t→t+dt時間內(nèi)子核B的凈增加數(shù)第十七章原子核和放射性3、放射性平衡設(shè)t=0時，NA=105第十七章原子核和放射性TA>TBt

(3)放射性平衡級聯(lián)衰變中，各代核的數(shù)量比與時間無關(guān)的現(xiàn)象。*放射性平衡子核每秒衰變的核數(shù)等于它從母核得到補充的核數(shù)，子核數(shù)目保持不變。*核素發(fā)生器（母牛）：由長壽命核素制取短壽命核素的分離裝置.子核與母核衰變規(guī)律相同第十七章原子核和放射性TA>TBt(3)放射性平衡106作業(yè)P2964，6，8，11作業(yè)P296107第十七章原子核和放射性1.電離和激發(fā)第四節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用1）電離（1）直接電離：帶電粒子使某個電子獲得能量脫離原子成為自由電子。（2）間接電離：從原子中脫離的電子，再與其它原子作用引起的電離。（3）比電離（電離比值）*意義：表示帶電粒子電離本領(lǐng)大小,對生物體而言,表示對生物體的損傷程度。*定義：每厘米長的徑跡上離子對數(shù)目。第十七章原子核和放射性1.電離和激發(fā)第四節(jié)射線與物108第十七章原子核和放射性2）激發(fā)*影響因素Q帶電粒子電量v帶電粒子速度ρ物質(zhì)密度帶電粒子使電子由低能級躍遷到高能級的現(xiàn)象。αβ電量2ee速度慢快電離比值4×104501Mev帶電粒子粒子比粒子的電離比值大激發(fā)的結(jié)果：產(chǎn)生光子。第十七章原子核和放射性2）激發(fā)*影響因素Q帶電粒子電109第十七章原子核和放射性2、散射與韌致輻射1）散射：帶電粒子在物質(zhì)中受原子核靜電力的作用而改變方向。*彈性散射：帶電粒子能量不變。*非彈性散射：帶電粒子能量有損失。2）韌致輻射：帶電粒子通過物質(zhì)時，受到原子核的作用，速度急劇減少，帶電粒子的一部分能量以光子的形式發(fā)射出來。第十七章原子核和放射性2、散射與韌致輻射1）散射：帶電粒110第十七章原子核和放射性3.射程和吸收

2）路程：帶電粒子吸收前在物質(zhì)中沿運動軌跡所經(jīng)過的距離。3）射程：路程沿入射方向的投影。1）吸收：帶電粒子能量完全喪失時，粒子射線將消失。*射程總是小于路程。*粒子比粒子的穿透本領(lǐng)小。*射程長，穿透本領(lǐng)大。第十七章原子核和放射性3.射程和吸收2）路程：帶電粒111第十七章原子核和放射性4.正電子與物質(zhì)的相互作用（電子對湮滅）：正電子與自由電子結(jié)合而轉(zhuǎn)化為兩個能量相等（都是0.511MeV)、飛行方向相反的光子。第十七章原子核和放射性4.正電子與物質(zhì)的相互作用（電子112二光子與物質(zhì)的相互作用（自學(xué)為主）

1.光電效應(yīng)X（）光子將全部能量交給殼層電子,產(chǎn)生光電子飛出。光電子標(biāo)識X射線俄歇電子二光子與物質(zhì)的相互作用（自學(xué)為主）1.光電1132.康普頓效應(yīng)（散射）

X（）光子與外層電子發(fā)生非彈性碰撞，使其脫離原子成為反沖電子，光子能量減小，以散射光子的形式改變前進方向。2.康普頓效應(yīng)（散射）X（）光子與外層電子發(fā)生非彈性碰1143.電子對效應(yīng)X（）光子能量大于電子靜止能量的兩倍時(1.02Mev),光子在原子核附近轉(zhuǎn)化為一對正、負(fù)電子飛出.3.電子對效應(yīng)X（）光子能量大于電子靜止能量的兩倍時(11154說明：三種作用與光子能量和原子序數(shù)的關(guān)系低能：原子序數(shù)Z大，光電效應(yīng)為主；中能：康普頓散射為主；高能：電子對效應(yīng)為主。4說明：三種作用與光子能量和原子序數(shù)的關(guān)系低能：原子序數(shù)Z大116放射線的性質(zhì)及其比較名稱構(gòu)成電量（e）質(zhì)量(u)射出速度電離能力貫穿本領(lǐng)αβγ氦核+240.1c最強最弱電子-11/18400.9c較強較強光子00c最弱最強放射線的性質(zhì)及其比較名稱構(gòu)成電量（e）質(zhì)量(u)射出速度電離117第十七章原子核和放射性三、中子與物質(zhì)的相互作用2.彈性散射：能量低的中子與核的相互作用。3.非彈性碰撞（核反應(yīng)）：能量高的中子與核的相互作用。*非彈性散射(n,n)中子發(fā)射，能量減小，核處于激發(fā)態(tài)。1、許多核衰變中會產(chǎn)生中子。如鈾核裂變。23599U+10n=9038Sr+13654Xe+1010n*中子俘獲(n,γ)中子留在核內(nèi)，結(jié)合能以光子形式發(fā)射。第十七章原子核和放射性三、中子與物質(zhì)的相互作用2.彈性118第十七章原子核和放射性*電荷交換反應(yīng)4、中子的防護常用含氫較多的水、石蠟使中子減速且吸收中子。

(n,p)中子留在核內(nèi)，發(fā)射出一個質(zhì)子。（n，）中子留在核內(nèi)，發(fā)射出一個粒子。

第十七章原子核和放射性*電荷交換反應(yīng)4、中子的防護常用119第十七章原子核和放射性電離輻射：、粒子，γ光子和中子通過物質(zhì)時，能直接和間接產(chǎn)生電離作用。第五節(jié)輻射劑量與防護及測量原理輻射效應(yīng)：各種電離輻射通過物質(zhì)時都將使物質(zhì)發(fā)生變化。生物效應(yīng)：人體組織吸收電離輻射能量后，會產(chǎn)生物理、化學(xué)和生物學(xué)的變化，導(dǎo)致生物組織的損傷。劑量：表示人體接受電離輻射多少的物理量。第十七章原子核和放射性電離輻射：