輻射與防護

RADIATIONANDPROTECTION輻射與防護RADIATIONANDPROTECT1主要內(nèi)容：1、輻射產(chǎn)生的物理基礎與基本類型2、測量輻射的基本參量3、輻射的生物效應4、輻射防護的基本方法與法規(guī)主要內(nèi)容：1、輻射產(chǎn)生的物理基礎與基本類型2第一章物質(zhì)的結(jié)構(gòu)

§1、原子結(jié)構(gòu)1、α粒子散射實驗觀測α粒子在原子核式模型中的散射研究原子結(jié)構(gòu)有兩條途徑高能粒子轟擊原子分析原子光譜一、初期原子理論的實驗基礎第一章物質(zhì)的結(jié)構(gòu)§1、原3原子光譜是研究了解原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要方法2、氫原子光譜的實驗規(guī)律,A4340.50=gH,A4861.30=bH,A6562.80=aH第一章物質(zhì)的結(jié)構(gòu)(1)氫原子光譜是彼此分裂的線狀光譜，每一條譜線具有確定的波長（或頻率）原子光譜是研究了解原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要方法2、氫原子光譜的實驗4(2)巴爾末公式n=3,4,5,…..時，為H,H,H,…..譜線波長令：稱為波數(shù)1885年，瑞士一中學教師發(fā)現(xiàn)了氫原子光譜在可見光部分的規(guī)律單位長度內(nèi)完整波的個數(shù)(2)巴爾末公式n=3,4,5,…..時，為H,5里德伯常數(shù)（其它氫原子光譜的譜線）(3)里德伯公式(1889)(4)里茲并合原理每一條譜線的波數(shù)都可以表示為兩項之差或就被稱為光譜項,n>k譜系譜線里德伯常數(shù)（其它氫原子光譜的譜線）(3)里德伯公式(1886二玻爾氫原子量子論盧瑟福原子模型（原子的有核模型）問題：原子的穩(wěn)定性問題？原子分立的線狀光譜？玻爾（NielsHenrikDavidBohr）（1885-1962）二玻爾氫原子量子論盧瑟福原子模型問題：原子的穩(wěn)定性問題？7（1）定態(tài)假設：原子系統(tǒng)只能處在一系列具有不連續(xù)能量的狀態(tài)，在這些狀態(tài)上電子雖然繞核做園周運動但并不向外輻射電磁波。這些狀態(tài)稱為原子系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱定態(tài)）。

2玻爾的氫原子理論這些定態(tài)的能量：(1913“論原子分子結(jié)構(gòu)”

三條基本假設)（1）定態(tài)假設：原子系統(tǒng)只能處在一系列具有不連續(xù)能量的狀態(tài)，8（2）量子化條件：在這些穩(wěn)定狀態(tài)下電子繞核運動的軌道角動量的值，必須為h/2

的整數(shù)倍，是不連續(xù)的，即有：

2玻爾的氫原子理論(1913“論原子分子結(jié)構(gòu)”

三條基本假設)（2）量子化條件：在這些穩(wěn)定狀態(tài)下電子繞核運動的軌道角動量的9

2玻爾的氫原子理論（3）躍遷假設：

電子從一個能量為En

穩(wěn)定態(tài)躍遷

到另一能量為Ek

穩(wěn)定態(tài)時，要吸收或發(fā)射一個頻率為的光子，有：——輻射頻率公式(1913“論原子分子結(jié)構(gòu)”

三條基本假設)2玻爾的氫原子理論（3）躍遷假設：電子從一個10氫原子軌道半徑的計算由量子化條件及牛頓定律：軌道量子化角動量量子化庫侖力=向心力玻爾半徑r14r19r116r1mn=4n=3n=2n=1氫原子軌道半徑的計算由量子化條件及牛頓定律：軌道量子化角動量11能量的計算

電子在量子數(shù)為n的軌道上運動時，原子系統(tǒng)總能量是

基態(tài)能量其它激發(fā)態(tài)：

能量是量子化的

E1E2E3E4rvm能量的計算電子在量子數(shù)為n的軌道上運動時，原子系統(tǒng)總能量123氫原子光譜的理論解釋從其它能級到同一能級的躍遷屬于同一譜線系-13.6eV-3.39eV-1.5eV-8.5eV賴曼系巴爾末系帕邢系布拉開系3氫原子光譜的理論解釋從其它能級到同一能級的躍遷屬于同一譜13+r三核外的電子結(jié)構(gòu)氫原子中，電子的勢能函數(shù)：

量子化條件和量子數(shù)+r三核外的電子結(jié)構(gòu)氫原子中，電子的勢能函數(shù)：量子化條件141）能量是量子化的2）當時，En連續(xù)值主量子數(shù)

n1能量量子化和主量子數(shù)

1）能量是量子化的2）當時，En連續(xù)值15電子繞核運動軌道角動量必須滿足量子化條件：角(副)量子數(shù)

l

2角動量量子化和角量子數(shù)電子繞核運動軌道角動量必須滿足量子化條件：角(副)量子數(shù)l163軌道角動量空間量子化和磁量子數(shù)

電子繞核運動的軌道角動量L

的方向在空間的取向是量子化的,角動量L

在外磁場方向的投影LZ必須滿足量子化條件：磁量子數(shù)

ml決定角動量方向,對應一定的角量子數(shù)l,ml=2l+1,角動量L在空間有2l+1個不同取向。3軌道角動量空間量子化和磁量子數(shù)電子繞核運動的軌道17B(z)m=0m=-1m=-2m=1m=2例1B(z)m=0m=-1m=-2m=1m=18

斯特恩－蓋拉赫實驗（1921年）用s態(tài)（l=0）銀原子無論有無磁場應該都只有一條！實驗結(jié)果：有磁場時，底板上是呈對稱分布的兩條紋。Ns4電子的自旋和自旋磁量子數(shù)斯特恩－蓋拉赫實驗（1921年）用s態(tài)（l=19

電子還應具有自旋角動量。自旋角動量與軌道角動量相似，也是量子化的。自旋角動量在z軸的分量4電子的自旋和自旋磁量子數(shù)電子還應具有自旋角動量。自旋角動量與軌道角動量相似，也是20※原子的殼層結(jié)構(gòu)

電子狀態(tài)由四個量子數(shù)決定1)

主量子數(shù)

n,n=1,2,3,…2)

軌道角量子數(shù)

l,

l=0,1,2,…,(n–1)

3)

軌道磁量子數(shù)

ml,

ml=0,1,2,…,l4)自旋磁量子數(shù)

ms,ms=1/2大體上決定原子中的電子的能量決定電子的軌道角動量,對能量也有影響決定軌道角動量在外磁場方向上的分量決定電子自旋角動量在外磁場方向上的分量※原子的殼層結(jié)構(gòu)電子狀態(tài)由四個量子數(shù)決定1)主量21一.原子核組成+質(zhì)子(p)數(shù)目Z中子(n)數(shù)目N統(tǒng)稱核子數(shù)目A原子核

核素

表示原子核種類同位素—相同質(zhì)子Z,不同中子N

§2、原子核結(jié)構(gòu)同中子異核素同量異位素同質(zhì)異能素一.原子核組成+質(zhì)子(p)數(shù)目Z中子(n)數(shù)目N統(tǒng)22原子質(zhì)量單位()

§2、原子核結(jié)構(gòu)原子質(zhì)量單位()§223*核密度二.原子核尺寸與核力*核尺寸*核密度二.原子核尺寸與核力*核尺寸24(1)與電荷電量無關(guān)二.原子核尺寸與核力*核力(2)短程性、飽和性(3)是強相互作用力(1)與電荷電量無關(guān)二.原子核尺寸與核力*核力(2)短25

！Totalenergy1質(zhì)量虧損三.原子核結(jié)合能FromE=mc2

例2求自由核子相對碳原子核的質(zhì)量虧損！Totalenergy1質(zhì)量虧損三.原子核結(jié)合能26例3：

某核電站每年發(fā)電約為1010度(=3.61016J)。若這些能量全部由靜態(tài)質(zhì)量轉(zhuǎn)換而成，求每年耗損的核材料?解：~4×109

kgcoal三.原子核結(jié)合能例3：某核電站每年發(fā)電約為1010度(=3272、原子核結(jié)合能

自由狀態(tài)的單個核子結(jié)合成原子核時所釋放出來的能量，（或原子核分解成單個自由核子所需要的能量）稱為原子核的結(jié)合能。是否結(jié)合能ΔE越大,原子核越穩(wěn)定???三.原子核結(jié)合能2、原子核結(jié)合能自由狀態(tài)的單個核子結(jié)合成原子核時283、原子核的穩(wěn)定性-平均結(jié)合能040801201602002408642

fusionfissionAveragebindingenergy+++++4、原子核的能級+3、原子核的穩(wěn)定性-平均結(jié)合能04029輻射與防護

RADIATIONANDPROTECTION輻射與防護RADIATIONANDPROTECT30主要內(nèi)容：1、輻射產(chǎn)生的物理基礎與基本類型2、測量輻射的基本參量3、輻射的生物效應4、輻射防護的基本方法與法規(guī)主要內(nèi)容：1、輻射產(chǎn)生的物理基礎與基本類型31第一章物質(zhì)的結(jié)構(gòu)

§1、原子結(jié)構(gòu)1、α粒子散射實驗觀測α粒子在原子核式模型中的散射研究原子結(jié)構(gòu)有兩條途徑高能粒子轟擊原子分析原子光譜一、初期原子理論的實驗基礎第一章物質(zhì)的結(jié)構(gòu)§1、原32原子光譜是研究了解原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要方法2、氫原子光譜的實驗規(guī)律,A4340.50=gH,A4861.30=bH,A6562.80=aH第一章物質(zhì)的結(jié)構(gòu)(1)氫原子光譜是彼此分裂的線狀光譜，每一條譜線具有確定的波長（或頻率）原子光譜是研究了解原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要方法2、氫原子光譜的實驗33(2)巴爾末公式n=3,4,5,…..時，為H,H,H,…..譜線波長令：稱為波數(shù)1885年，瑞士一中學教師發(fā)現(xiàn)了氫原子光譜在可見光部分的規(guī)律單位長度內(nèi)完整波的個數(shù)(2)巴爾末公式n=3,4,5,…..時，為H,34里德伯常數(shù)（其它氫原子光譜的譜線）(3)里德伯公式(1889)(4)里茲并合原理每一條譜線的波數(shù)都可以表示為兩項之差或就被稱為光譜項,n>k譜系譜線里德伯常數(shù)（其它氫原子光譜的譜線）(3)里德伯公式(18835二玻爾氫原子量子論盧瑟福原子模型（原子的有核模型）問題：原子的穩(wěn)定性問題？原子分立的線狀光譜？玻爾（NielsHenrikDavidBohr）（1885-1962）二玻爾氫原子量子論盧瑟福原子模型問題：原子的穩(wěn)定性問題？36（1）定態(tài)假設：原子系統(tǒng)只能處在一系列具有不連續(xù)能量的狀態(tài)，在這些狀態(tài)上電子雖然繞核做園周運動但并不向外輻射電磁波。這些狀態(tài)稱為原子系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱定態(tài)）。

2玻爾的氫原子理論這些定態(tài)的能量：(1913“論原子分子結(jié)構(gòu)”

三條基本假設)（1）定態(tài)假設：原子系統(tǒng)只能處在一系列具有不連續(xù)能量的狀態(tài)，37（2）量子化條件：在這些穩(wěn)定狀態(tài)下電子繞核運動的軌道角動量的值，必須為h/2

的整數(shù)倍，是不連續(xù)的，即有：

2玻爾的氫原子理論(1913“論原子分子結(jié)構(gòu)”

三條基本假設)（2）量子化條件：在這些穩(wěn)定狀態(tài)下電子繞核運動的軌道角動量的38

2玻爾的氫原子理論（3）躍遷假設：

電子從一個能量為En

穩(wěn)定態(tài)躍遷

到另一能量為Ek

穩(wěn)定態(tài)時，要吸收或發(fā)射一個頻率為的光子，有：——輻射頻率公式(1913“論原子分子結(jié)構(gòu)”

三條基本假設)2玻爾的氫原子理論（3）躍遷假設：電子從一個39氫原子軌道半徑的計算由量子化條件及牛頓定律：軌道量子化角動量量子化庫侖力=向心力玻爾半徑r14r19r116r1mn=4n=3n=2n=1氫原子軌道半徑的計算由量子化條件及牛頓定律：軌道量子化角動量40能量的計算

電子在量子數(shù)為n的軌道上運動時，原子系統(tǒng)總能量是

基態(tài)能量其它激發(fā)態(tài)：

能量是量子化的

E1E2E3E4rvm能量的計算電子在量子數(shù)為n的軌道上運動時，原子系統(tǒng)總能量413氫原子光譜的理論解釋從其它能級到同一能級的躍遷屬于同一譜線系-13.6eV-3.39eV-1.5eV-8.5eV賴曼系巴爾末系帕邢系布拉開系3氫原子光譜的理論解釋從其它能級到同一能級的躍遷屬于同一譜42+r三核外的電子結(jié)構(gòu)氫原子中，電子的勢能函數(shù)：

量子化條件和量子數(shù)+r三核外的電子結(jié)構(gòu)氫原子中，電子的勢能函數(shù)：量子化條件431）能量是量子化的2）當時，En連續(xù)值主量子數(shù)

n1能量量子化和主量子數(shù)

1）能量是量子化的2）當時，En連續(xù)值44電子繞核運動軌道角動量必須滿足量子化條件：角(副)量子數(shù)

l

2角動量量子化和角量子數(shù)電子繞核運動軌道角動量必須滿足量子化條件：角(副)量子數(shù)l453軌道角動量空間量子化和磁量子數(shù)

電子繞核運動的軌道角動量L

的方向在空間的取向是量子化的,角動量L

在外磁場方向的投影LZ必須滿足量子化條件：磁量子數(shù)

ml決定角動量方向,對應一定的角量子數(shù)l,ml=2l+1,角動量L在空間有2l+1個不同取向。3軌道角動量空間量子化和磁量子數(shù)電子繞核運動的軌道46B(z)m=0m=-1m=-2m=1m=2例1B(z)m=0m=-1m=-2m=1m=47

斯特恩－蓋拉赫實驗（1921年）用s態(tài)（l=0）銀原子無論有無磁場應該都只有一條！實驗結(jié)果：有磁場時，底板上是呈對稱分布的兩條紋。Ns4電子的自旋和自旋磁量子數(shù)斯特恩－蓋拉赫實驗（1921年）用s態(tài)（l=48

電子還應具有自旋角動量。自旋角動量與軌道角動量相似，也是量子化的。自旋角動量在z軸的分量4電子的自旋和自旋磁量子數(shù)電子還應具有自旋角動量。自旋角動量與軌道角動量相似，也是49※原子的殼層結(jié)構(gòu)

電子狀態(tài)由四個量子數(shù)決定1)

主量子數(shù)

n,n=1,2,3,…2)

軌道角量子數(shù)

l,

l=0,1,2,…,(n–1)

3)

軌道磁量子數(shù)

ml,

ml=0,1,2,…,l4)自旋磁量子數(shù)

ms,ms=1/2大體上決定原子中的電子的能量決定電子的軌道角動量,對能量也有影響決定軌道角動量在外磁場方向上的分量決定電子自旋角動量在外磁場方向上的分量※原子的殼層結(jié)構(gòu)電子狀態(tài)由四個量子數(shù)決定1)主量50一.原子核組成+質(zhì)子(p)數(shù)目Z中子(n)數(shù)目N統(tǒng)稱核子數(shù)目A原子核

核素

表示原子核種類同位素—相同質(zhì)子Z,不同中子N

§2、原子核結(jié)構(gòu)同中子異核素同量異位素同質(zhì)異能素一.原子核組成+質(zhì)子(p)數(shù)目Z中子(n)數(shù)目N統(tǒng)51原子質(zhì)量單