核素教學課件歡迎參加核素教學課程。本課程將系統(tǒng)介紹核素的定義、分類、性質以及在現(xiàn)代科學技術中的廣泛應用與研究前沿。核素作為現(xiàn)代物理學和化學的重要概念，對我們理解物質世界和利用原子能具有重要意義。本課程內容設計適用于高中及大學基礎物理與化學課程，旨在幫助學生掌握核素的基礎知識，了解其在醫(yī)療、能源、考古等領域的應用，培養(yǎng)學生對核科學的興趣與認知。課程導入醫(yī)學診療從甲狀腺疾病診斷使用的碘-131，到現(xiàn)代PET掃描中的氟-18，核素技術已成為現(xiàn)代醫(yī)學不可或缺的工具。每年全球約有3000多萬患者受益于核醫(yī)學檢查和治療?？脊艤y年考古學家使用碳-14測定古代文物年代，精確度可達數(shù)千年前。埃及木乃伊、冰人奧茲、死海古卷等重要文物的年代確定都依賴于核素技術。能源應用核電站利用鈾-235的裂變反應產生巨大能量，一顆硬幣大小的鈾燃料產生的能量相當于一噸煤。目前全球有約450座核反應堆提供世界10%的電力。什么是元素1元素定義元素是由相同質子數(shù)的原子構成的純凈物質。元素是化學上不能再分解的基本物質，是構成世界萬物的基本單位。目前已知的元素共有118種。2元素符號元素符號是元素的縮寫標識，通常由一個或兩個字母組成。例如氫(H)、氦(He)、碳(C)、氧(O)等。符號的第一個字母必須大寫，第二個字母小寫。3周期表元素周期表是按照元素原子序數(shù)（即質子數(shù)）遞增排列的元素分類表?，F(xiàn)代周期表包含7個周期和18個族，充分展示了元素性質的周期性規(guī)律。什么是核素核素定義具有確定質子數(shù)和中子數(shù)的原子核種類數(shù)量表示用質子數(shù)Z和核子數(shù)A(質子+中子)來標識物理本質原子核的不同構成狀態(tài)核素是原子核科學中的基本概念，指具有特定質子數(shù)和中子數(shù)的原子核。與元素不同，核素更精確地描述了原子核的組成狀態(tài)。例如，碳元素包含碳-12、碳-13和碳-14等多種核素。核素與元素的區(qū)別元素定義元素僅由質子數(shù)Z確定。不論中子數(shù)如何變化，只要質子數(shù)相同，就屬于同一元素。例如，所有質子數(shù)為6的原子核都屬于碳元素。元素在化學性質上具有相似性，這是由于質子數(shù)決定了電子排布，而電子結構決定了化學性質。核素定義核素由質子數(shù)Z和中子數(shù)N共同確定。不同中子數(shù)的同一元素原子核是不同的核素。如碳-12(6質子6中子)和碳-14(6質子8中子)是碳元素的兩種不同核素。核素更關注原子核的物理性質，如放射性、半衰期、核反應特性等，這些性質與中子數(shù)密切相關。同位素、同核異能素、同素異形體同位素同一元素的不同核素，即質子數(shù)相同但中子數(shù)不同同核異能素質子數(shù)和中子數(shù)相同但能量狀態(tài)不同的核素同素異形體相同元素的不同結構形式，如C60和石墨氫的同位素氫(H)、氘(D)、氚(T)分別含0、1、2個中子同位素是核素分類中最常見的概念。例如，氫元素有三種自然存在的同位素：普通氫(H-1)、重氫或氘(H-2)和超重氫或氚(H-3)。它們在化學性質上相似，但物理性質如密度、沸點和核反應性質有顯著差異。核素的表示方法元素符號-質量數(shù)表示法最常用的方法是"元素符號-質量數(shù)"，例如碳-14、鈾-235等。這種表示法簡潔明了，適用于日常科學交流。上標下標表示法在科學文獻中，常用左上角標示質量數(shù)A，左下角標示原子序數(shù)Z，如146C表示碳-14，23592U表示鈾-235。核素符號詳細表示完整表示為AZXm，其中X為元素符號，A為質量數(shù)，Z為原子序數(shù)，m表示激發(fā)態(tài)（若有）。例如99m43Tc表示锝-99的亞穩(wěn)態(tài)。核素的分類穩(wěn)定核素自然界中約有250種穩(wěn)定核素，不發(fā)生自發(fā)衰變或衰變極其緩慢（半衰期超過地球年齡）。如碳-12、氧-16等是最常見的穩(wěn)定核素。放射性核素會自發(fā)衰變并釋放輻射的核素。根據(jù)衰變方式可分為α衰變核素、β衰變核素和γ發(fā)射核素等。已知約3000多種放射性核素。天然核素自然界中存在的核素，包括原生核素（如鈾-238）和次生核素（如鐳-226，由鈾衰變產生）。人工核素通過核反應人工合成的核素，如锝-99m、鈷-60等，廣泛應用于醫(yī)療和工業(yè)領域。核素的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展1896年-放射性的發(fā)現(xiàn)亨利·貝克勒爾意外發(fā)現(xiàn)鈾鹽能使包裹的感光底片曝光，首次觀察到放射性現(xiàn)象，為核素研究開啟了大門。1898年-新元素的發(fā)現(xiàn)瑪麗·居里和皮埃爾·居里分離出鐳和釙兩種新放射性元素，并創(chuàng)造了"放射性"一詞，奠定了核科學的基礎。1911年-原子核模型盧瑟福提出原子核模型，解釋了原子結構，為理解核素提供了理論基礎。41913年-同位素概念索迪提出同位素概念，解釋了相同元素存在不同質量數(shù)的現(xiàn)象，為核素概念奠定基礎。5現(xiàn)代發(fā)展隨著粒子加速器、核反應堆技術的發(fā)展，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或合成了近3300種核素，并在醫(yī)學、能源等領域廣泛應用。核素的結構2基本組成粒子原子核由質子和中子兩種核子構成1電荷單位每個質子帶有+1個基本電荷單位0中子電荷中子不帶電，但質量略大于質子~1.7強相互作用力核力是電磁力的約1.7倍，克服質子間的庫侖排斥原子核是原子的中心部分，盡管體積只有原子的百萬分之一，卻集中了原子99.9%以上的質量。原子核內部，質子和中子被強相互作用力緊密束縛在一起，形成了極其穩(wěn)定但也蘊含巨大能量的結構。核素的能級基態(tài)原子核的最低能量狀態(tài)，大多數(shù)核素在自然條件下處于基態(tài)。基態(tài)核素相對穩(wěn)定，但不一定是穩(wěn)定核素，如碳-14基態(tài)仍具放射性。激發(fā)態(tài)核素吸收能量后達到的高能量狀態(tài)。激發(fā)態(tài)核素不穩(wěn)定，會通過發(fā)射γ射線或轉換電子等方式釋放能量回到基態(tài)或更低能級。亞穩(wěn)態(tài)特殊的激發(fā)態(tài)，具有相對較長的壽命。例如锝-99m的半衰期為6小時，這種相對較長的壽命使其成為理想的醫(yī)學診斷核素。核能級與電子能級類似但能量差異更大。電子能級躍遷通常是電子伏特(eV)量級，而核能級躍遷則在千電子伏特(keV)到兆電子伏特(MeV)量級。這解釋了為什么γ射線能量遠高于普通光子。放射性概述放射性的發(fā)現(xiàn)1896年，法國物理學家亨利·貝克勒爾在研究熒光現(xiàn)象時，偶然發(fā)現(xiàn)鈾鹽能夠使包裹的感光底片曝光，即使沒有陽光照射。這一發(fā)現(xiàn)標志著放射性現(xiàn)象的首次觀察。放射性的本質放射性是不穩(wěn)定原子核自發(fā)衰變并釋放能量的現(xiàn)象。這種衰變過程不受外部條件如溫度、壓力或化學狀態(tài)的影響，是原子核內部固有的性質。衰變產物放射性衰變會產生新的核素（稱為子體核素）和輻射。根據(jù)釋放的輻射類型，可分為α衰變、β衰變和γ射線發(fā)射等多種形式。放射性的發(fā)現(xiàn)徹底改變了人類對物質穩(wěn)定性的認識，證明了原子并非不可分割的最小單位。這一發(fā)現(xiàn)為20世紀物理學的重大突破——原子結構理論和量子力學的發(fā)展奠定了基礎。常見放射性核素核素半衰期衰變方式主要用途鈾-23845億年α衰變核燃料、地質測年碳-145730年β衰變考古測年、生物示蹤鈷-605.27年β衰變、γ射線醫(yī)療照射、工業(yè)探傷锝-99m6小時γ射線醫(yī)學診斷成像鐳-2261600年α衰變歷史上用于夜光表盤碘-1318.02天β衰變、γ射線甲狀腺疾病診斷治療自然界和人工合成的放射性核素種類繁多，它們的半衰期從微秒到數(shù)十億年不等。選擇適當?shù)姆派湫院怂剡M行特定應用時，需要綜合考慮其半衰期、衰變方式、輻射能量以及化學性質等因素。放射性類型α射線由氦核（2個質子和2個中子）組成的粒子流。α粒子質量大，帶雙正電荷，穿透能力弱（紙張可阻擋），但電離能力強。典型例子：鐳-226、釷-232的衰變。β射線由高速電子（β-）或正電子（β+）組成的粒子流。β粒子質量小，穿透能力中等（幾毫米鋁板可阻擋）。典型例子：碳-14發(fā)射β-，氟-18發(fā)射β+。γ射線高能電磁波，無質量無電荷，穿透能力極強（需厚重金屬或混凝土屏蔽）。通常伴隨α或β衰變發(fā)生。典型例子：鈷-60衰變后發(fā)射γ射線。了解不同類型放射性輻射的特性對于放射防護至關重要。α射線外照射危害小但吸入或食入危害大；β射線可能造成皮膚燒傷；γ射線則需要厚重屏障防護。在實際應用中，往往根據(jù)射線特性選擇不同的防護措施。衰變規(guī)律與半衰期半衰期數(shù)剩余放射性(%)放射性衰變遵循指數(shù)衰減規(guī)律，可以用公式N=N?e-λt表示，其中N?是初始放射性核素數(shù)量，N是t時間后剩余數(shù)量，λ是衰變常數(shù)。半衰期T1/2與衰變常數(shù)的關系是T1/2=ln2/λ≈0.693/λ。衰變系列鈾系始于鈾-238，經(jīng)過14步衰變最終生成鉛-206釷系始于釷-232，經(jīng)過10步衰變最終生成鉛-208錒系始于鈾-235，經(jīng)過11步衰變最終生成鉛-207镎系人工系列，始于镎-237，最終生成鉍-209自然界中的重核素往往不會通過單次衰變直接變?yōu)榉€(wěn)定核素，而是經(jīng)歷一系列連續(xù)衰變過程，形成衰變鏈或衰變系列。每個系列都以一個長壽命的"母核"開始，通過一系列α和β衰變，最終生成一個穩(wěn)定的鉛同位素。核素的穩(wěn)定性核素的穩(wěn)定性受多種因素影響，其中質子數(shù)Z與中子數(shù)N的比例尤為重要。對于輕核素，穩(wěn)定核的Z/N比接近1:1；隨著質子數(shù)增加，穩(wěn)定核需要更多中子來抵消質子間的電荷排斥，Z/N比逐漸降低到1:1.5。核素圖譜核素圖譜的構建核素圖譜是以中子數(shù)為橫坐標、質子數(shù)為縱坐標的二維圖表，每個點代表一種核素。這種表示方法直觀展示了所有已知核素的分布規(guī)律和相互關系。圖中不同顏色通常表示不同的核素特性，如半衰期長短、衰變方式或發(fā)現(xiàn)時間等。核素圖譜是核物理學的重要工具，幫助科學家研究核素性質和預測未知核素。穩(wěn)定帶與放射性區(qū)域在核素圖譜中，穩(wěn)定核素形成一條從左下到右上的狹窄帶狀區(qū)域，稱為"穩(wěn)定帶"或"β穩(wěn)定谷"。穩(wěn)定帶上方的核素（質子過剩）傾向于通過β+衰變或電子俘獲轉變?yōu)榉€(wěn)定核素；而穩(wěn)定帶下方的核素（中子過剩）則主要通過β-衰變趨向穩(wěn)定。放射性測量原理檢測原理放射性測量基于輻射與物質相互作用產生的效應，如電離、熒光或熱效應。不同類型的探測器利用不同的物理效應將輻射能量轉換為可測量的電信號。蓋革-米勒計數(shù)管利用輻射電離氣體產生電子雪崩效應。當輻射進入充滿低壓氣體的管中時，會電離氣體產生電子，在高電壓下形成可檢測的電脈沖。適合α、β和γ射線的檢測，但不能區(qū)分能量。3閃爍計數(shù)器利用輻射激發(fā)閃爍體材料（如碘化鈉晶體）發(fā)光，再由光電倍增管將光信號轉換為電信號。能提供輻射能量信息，廣泛用于γ能譜分析。半導體探測器利用輻射在半導體材料中產生電子-空穴對。具有最高的能量分辨率，是現(xiàn)代核譜學的關鍵設備，常用于精密能譜測量和核素鑒別。核素與能量釋放1聚變能量輕核聚合成重核，每核子釋放能量最大裂變能量重核分裂為中等質量核，能量適中衰變能量放射性衰變釋放能量，量級較小原子核內蘊含著巨大的能量，這源于愛因斯坦質能方程E=mc2。當核反應發(fā)生時，反應前后的質量差轉化為能量釋放。例如，1克鈾-235完全裂變可釋放約8.2×101?焦耳能量，相當于燃燒2.7噸煤。核能釋放的基本原理可通過核結合能曲線理解：鐵-56附近的核素具有最高的單核子結合能。因此，輕于鐵的核素通過聚變釋放能量，而重于鐵的核素則通過裂變釋放能量。這一原理解釋了為什么太陽通過氫聚變產生能量，而核電站則利用鈾裂變發(fā)電。衰變能量雖然相對較小，但在放射性同位素熱電發(fā)生器(RTG)中被用于太空探測器的長期供電。典型應用一：放射性示蹤24放射性示蹤技術的核心優(yōu)勢在于其極高的靈敏度，理論上可檢測到單個原子的存在。這使得使用極微量的放射性物質就能獲得有價值的信息，大大降低了對被研究系統(tǒng)的干擾。在醫(yī)學領域，锝-99m每年用于全球約3000萬次核醫(yī)學診斷程序，占所有核醫(yī)學檢查的80%以上。它可與多種化合物結合，用于心臟、骨骼、肝臟、腎臟等多種器官的功能研究，成為現(xiàn)代醫(yī)學不可或缺的診斷工具。醫(yī)學示蹤利用放射性同位素標記的化合物在體內的分布研究生理代謝。如碘-131標記的甲狀腺素可用于研究甲狀腺功能。生態(tài)追蹤利用放射性同位素研究生態(tài)系統(tǒng)中物質和能量流動。如用碳-14追蹤森林生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)。工業(yè)流動監(jiān)測利用放射性示蹤劑研究工業(yè)系統(tǒng)中的物質流動和泄漏。如用放射性核素檢測管道泄漏或監(jiān)測催化劑分布。锝-99m醫(yī)學成像最廣泛使用的醫(yī)學診斷放射性核素，半衰期6小時，發(fā)射140keV的γ射線，理想用于SPECT掃描。典型應用二：醫(yī)學診斷與治療甲狀腺疾病治療碘-131是治療甲狀腺疾病的經(jīng)典放射性藥物。甲狀腺細胞會選擇性吸收碘，使碘-131集中在甲狀腺組織。碘-131發(fā)射β粒子破壞甲狀腺組織，有效治療甲亢和甲狀腺癌。治療劑量一般為555-7400MBq。PET成像診斷正電子發(fā)射斷層掃描(PET)利用氟-18等β+發(fā)射體進行功能性成像。最常用的示蹤劑是18F-FDG，它能顯示組織的葡萄糖代謝情況，用于腫瘤診斷和心臟、腦功能評估。其原理是檢測正電子與電子湮滅產生的對向511keV光子。腫瘤靶向治療釔-90、镥-177等β發(fā)射體被用于腫瘤的靶向放射治療。這些核素與特定抗體或肽結合，可精確靶向腫瘤細胞，最小化對健康組織的傷害。這類治療對傳統(tǒng)療法無效的腫瘤尤其有價值，代表著核醫(yī)學治療的前沿發(fā)展方向。核醫(yī)學技術結合了物理學和醫(yī)學的原理，通過研究放射性藥物在體內的分布、代謝和排泄，為疾病診斷和治療提供了獨特的視角。與傳統(tǒng)影像學不同，核醫(yī)學提供的是功能信息而非純解剖結構，能更早期發(fā)現(xiàn)疾病變化。典型應用三：核能與核電核裂變反應核電站利用鈾-235等重核素的裂變反應釋放能量。當中子撞擊鈾-235核時，會使其分裂成兩個中等質量的核碎片，同時釋放2-3個中子和大量能量。這些中子可引發(fā)更多鈾原子裂變，形成鏈式反應。能量轉換與發(fā)電裂變釋放的能量以熱能形式傳遞給冷卻劑（水或其他介質），產生蒸汽驅動汽輪機發(fā)電。核電站的熱效率一般在30-35%左右，與傳統(tǒng)火電廠相當。一座1GW核電站每年可替代約300萬噸煤炭。核素轉化反應堆運行過程中會產生多種新核素。鈾-238捕獲中子可轉化為钚-239，這是核武器和新型核燃料的原料。反應堆也產生多種放射性廢物，如銫-137、鍶-90等，需要安全處理和存儲。核能是低碳能源的重要組成部分，全球約450座商業(yè)核反應堆提供了世界電力的10%左右。中國目前擁有53座運行中的核反應堆，總裝機容量約55GW，是全球核電發(fā)展最快的國家。核電技術不斷發(fā)展，第三代核電技術如AP1000、華龍一號等提高了安全性和效率。小型模塊化反應堆(SMR)和第四代核電技術代表著未來發(fā)展方向，有望進一步提高安全性、降低成本并減少核廢料。典型應用四：考古與年代測定碳-14測年原理宇宙射線在大氣上層產生碳-14，它與氧氣結合形成二氧化碳被生物吸收。生物死亡后停止吸收碳-14，體內碳-14開始衰變（半衰期5730年）。通過測量樣本中碳-14與碳-12的比例，可推算樣本的年齡。樣本采集與處理采集含碳有機物樣本（木材、骨骼、織物等），經(jīng)過凈化處理去除污染物?，F(xiàn)代技術使用加速器質譜法(AMS)直接計數(shù)碳-14原子，相比傳統(tǒng)方法需要更少樣本量且更準確。年代校準由于大氣中碳-14濃度歷史變化，需通過樹輪、湖泊沉積物等已知年代樣本建立校準曲線?，F(xiàn)代校準曲線可追溯至約5萬年前，是碳-14測年的準確性保證。重要考古成果碳-14測年法已應用于無數(shù)重要考古發(fā)現(xiàn)，如死海古卷(2000年前)、奧茲冰人(5300年前)、拉斯科洞穴壁畫(17000年前)、哥貝克力石陣(11000年前)等，徹底改變了人類對史前文明的認知。除碳-14外，考古學還使用多種放射性同位素測定技術，如鉀-40/氬-40法(適用于火山巖，范圍數(shù)十萬至數(shù)十億年)、鈾系測年法(適用于洞穴沉積物，范圍至50萬年)等。這些方法共同構成了現(xiàn)代考古年代學的基礎。典型應用五：工業(yè)檢測射線探傷利用γ射線源（如鈷-60、銥-192）或X射線對工業(yè)構件進行無損檢測，發(fā)現(xiàn)內部缺陷。這種技術廣泛應用于管道焊縫、壓力容器和結構件的質量檢驗，保障工業(yè)安全。厚度測量利用β粒子或γ射線被材料衰減的原理，可在線測量鋼板、紙張、塑料薄膜等產品的厚度。這種方法無需接觸材料，可實時監(jiān)測生產過程，提高產品質量和生產效率。元素分析中子活化分析和X射線熒光分析可快速準確地分析材料成分。煤礦使用中子技術在線檢測煤的熱值和灰分；金屬工業(yè)利用X射線熒光分析控制合金成分。工業(yè)示蹤在石油管道、化工裝置中注入微量放射性示蹤劑，可檢測泄漏點、監(jiān)測流動狀態(tài)或測量停留時間。這對于大型工業(yè)設備的維護和優(yōu)化至關重要。工業(yè)核技術已成為現(xiàn)代工業(yè)質量控制和過程優(yōu)化的重要工具。與傳統(tǒng)方法相比，放射性方法往往具有無接觸、高精度、快速響應等優(yōu)勢，能在惡劣環(huán)境下可靠工作。中國工業(yè)核技術應用廣泛，年經(jīng)濟效益超過1000億元。射線探傷每年檢測的焊縫超過1億米，厚度測量儀器在鋼鐵、造紙等行業(yè)廣泛應用，核素分析技術為材料科學和環(huán)境監(jiān)測提供關鍵支持。核素在環(huán)境科學污染物追溯放射性核素作為"指紋"可追蹤污染物來源。例如，通過測量土壤中銫-137/鍶-90比例，可區(qū)分核試驗和核事故污染。鉛-210可用于研究大氣顆粒物的來源和沉降歷史，幫助確定污染源。沉積物定年利用鉛-210（半衰期22.3年）可研究近150年內的湖泊和海洋沉積物年代。這對研究近代環(huán)境變化、污染歷史和沉積速率具有重要意義，是環(huán)境變化研究的關鍵工具。水文循環(huán)研究氚和氧-18等同位素可示蹤水循環(huán)過程。通過測量不同水體中的同位素比例，科學家可以追蹤地下水流動、確定水源補給區(qū)域，評估水資源可持續(xù)性。生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)碳-14和碳-13可用于研究生態(tài)系統(tǒng)中碳的來源、儲存和流動。這對理解氣候變化、碳捕獲和生態(tài)系統(tǒng)功能至關重要，為減緩氣候變化提供科學依據(jù)。核素在環(huán)境科學中的應用建立在"同位素示蹤"和"同位素分餾"兩個核心原理上。同位素示蹤利用特定核素作為標記物跟蹤環(huán)境過程；同位素分餾則利用不同同位素在物理、化學和生物過程中的微小行為差異提供過程信息。放射性核素環(huán)境遷移模型是核安全評估的重要工具，它模擬核素在土壤、水體、大氣和生物圈中的傳輸和富集過程。這些模型幫助預測核事故后果、評估核廢料處置安全性，保障人類健康和環(huán)境安全。天然核素與人工核素穩(wěn)定天然核素放射性天然核素人工核素天然核素是自然界中原本存在的核素，可分為三類：原生核素（如鈾-238、釷-232，存在于地球形成之初）；宇宙成因核素（如碳-14、鈹-10，由宇宙射線與大氣相互作用產生）；和次生核素（如鐳-226、氡-222，由其他放射性核素衰變產生）。地殼中放射性較高的巖石主要是花崗巖和頁巖，它們富含鈾和釷。人工核素主要通過核反應堆、粒子加速器和核試驗產生。核裂變產物如銫-137、鍶-90是核反應堆和核武器爆炸的主要產物；超鈾元素如钚-239、镅-241則是通過中子俘獲產生的重要人工核素。某些人工核素如钚-238（用于太空探測器電源）和锝-99m（醫(yī)學診斷）在現(xiàn)代技術中發(fā)揮著不可替代的作用。具體核素案例：锝（Tc）元素人造元素锝是第一個人工合成的元素，1937年由意大利物理學家塞格雷和佩里爾在鉬靶經(jīng)氘核轟擊后發(fā)現(xiàn)。它是元素周期表中第43號元素，在自然界幾乎不存在。生產方式锝-99m主要通過鉬-99衰變獲得。鉬-99可在核反應堆中通過鈾-235裂變或鉬-98中子活化獲得。醫(yī)院使用"锝-99m發(fā)生器"提取純凈的锝-99m用于診斷。核特性锝-99m半衰期為6小時，發(fā)射140keV的γ射線，能量適中，既能穿透組織被探測器接收，又不會對患者造成過高輻射劑量。醫(yī)學應用锝-99m可與多種化合物結合，用于心臟、骨骼、肝臟、腎臟等多種器官的功能成像。全球每年約3000萬患者接受锝-99m檢查，占核醫(yī)學檢查80%以上。锝元素的發(fā)現(xiàn)填補了元素周期表中的空缺，驗證了門捷列夫周期表預測的正確性。更重要的是，锝-99m成為人類歷史上應用最廣泛的放射性核素，每年挽救數(shù)百萬患者生命，創(chuàng)造數(shù)十億美元的醫(yī)療價值。锝元素供應鏈的脆弱性曾在2009-2010年引發(fā)全球醫(yī)療危機。目前世界正在開發(fā)新的生產技術，包括加速器生產方法和低濃縮鈾靶技術，以確保這一關鍵醫(yī)學核素的可持續(xù)供應。具體核素案例：鈷-60鈷-60是最重要的工業(yè)和醫(yī)療γ射線源，通過在核反應堆中照射天然鈷-59制備。它的半衰期為5.27年，每次衰變釋放兩個高能γ光子（1.17MeV和1.33MeV），穿透能力強，適合厚材料照射。鈷-60的生產、運輸和使用受到嚴格監(jiān)管，以確保安全。鈷-60的主要應用包括：醫(yī)療放射治療（尤其是癌癥治療），γ刀裝置可精確治療腦部腫瘤；工業(yè)輻照滅菌，用于醫(yī)療用品、食品和農產品的消毒處理；工業(yè)射線探傷，檢測厚重金屬部件內部缺陷；輻射化學研究，研究高能輻射對材料的影響。全球每年約有70-80萬癌癥患者接受鈷-60治療，約50%的一次性醫(yī)療用品通過輻照滅菌，顯示了這一核素的廣泛影響。具體核素案例：氚（3H）基本特性氚是氫的放射性同位素，核內含1個質子和2個中子。它是唯一放射性的輕元素，半衰期為12.32年，發(fā)射低能β粒子（最大能量18.6keV），穿透力極弱，無法穿透人體皮膚。自然界中氚主要由宇宙射線與大氣中氮、氧原子核相互作用產生，濃度極低。人工氚則主要在核反應堆中通過鋰-6捕獲中子反應生產，或作為核反應副產品。應用領域氚最重要的應用是作為核聚變反應燃料。在氘-氚聚變反應中，1克氚完全聚變可釋放相當于11噸煤的能量。國際熱核聚變實驗堆(ITER)和中國的"人造太陽"裝置都計劃使用氘-氚聚變反應。此外，氚還廣泛用于自發(fā)光源（如手表指針、緊急出口標志）、示蹤研究（特別是水文學研究追蹤水流動）和核武器增強裝置。值得注意的是，環(huán)保考慮已導致許多國家限制氚自發(fā)光產品的使用。氚處理技術是核聚變能源研究的關鍵挑戰(zhàn)之一。由于氚既是放射性物質又能輕易滲透材料，需要特殊的儲存、處理和回收系統(tǒng)。中國的固體增殖包層和氚提取技術研究已取得重要進展，為未來聚變能源開發(fā)奠定基礎。具體核素案例：碳-145730半衰期（年）決定測年適用范圍約5萬年內0.693衰變常數(shù)λ值（×10??/年）用于衰變計算的關鍵參數(shù)156最大β能量（keV）發(fā)射低能β粒子，易于安全處理1.5現(xiàn)代生物碳樣品放射性（Bq/g）標準參考值，用于計算年代碳-14是放射性碳同位素，由宇宙射線與大氣上層氮-14相互作用產生。它在大氣中主要以14CO2形式存在，被植物通過光合作用吸收，進而進入整個食物鏈。活體生物體內14C/12C比率與大氣中保持平衡，但生物死亡后，碳-14開始衰減而不再補充，這是碳-14測年法的基本原理。在生命科學領域，碳-14標記的生物分子被廣泛用于代謝研究、藥物開發(fā)和分子生物學。這些應用利用了碳-14的獨特優(yōu)勢：它可以替代生物分子中的普通碳而不改變分子性質，同時其放射性可被精確檢測。現(xiàn)代加速器質譜法(AMS)可檢測極微量碳-14，大大提高了測量精度，并將樣品需求量減少到毫克級，使珍貴考古樣品的無損測年成為可能。其他重要核素速覽核素半衰期主要用途特點鈾-2357.04億年核裂變燃料唯一天然可裂變核素钚-23924110年核裂變燃料、核武器人工合成的重要裂變核素氟-18109.8分鐘PET顯像與葡萄糖結合形成FDG示蹤劑銫-13730.17年輻射源、環(huán)境示蹤核事故主要污染物鋰-6穩(wěn)定氚生產、核聚變捕獲中子生成氚鐳-2261600年歷史上用于夜光涂料發(fā)現(xiàn)放射性的關鍵核素鈾-235是核能工業(yè)的基礎，天然鈾中僅含0.72%的鈾-235，需要通過鈾濃縮提高至3-5%用于民用反應堆，或更高濃度用于研究堆和核武器。钚-239則是在反應堆中由鈾-238捕獲中子后經(jīng)過β衰變產生，同樣可用于核能和核武器。醫(yī)學領域中，氟-18因其適中的半衰期和化學性質，成為PET成像的理想選擇；鎵-68和銅-64等新型正電子核素則為分子影像提供了更多選擇。環(huán)境監(jiān)測中，銫-137是核事故后的主要關注核素，可用于污染監(jiān)測和生態(tài)研究。核素在生命科學中的新進展新型示蹤核素開發(fā)生命科學研究正開發(fā)新型PET核素，如銅-64（半衰期12.7小時）、鋯-89（半衰期78.4小時）和碘-124（半衰期4.2天）。這些長壽命核素允許追蹤抗體和蛋白質等大分子的長期體內分布，為藥物開發(fā)提供關鍵信息。多模態(tài)分子影像結合PET/CT、PET/MRI等多模態(tài)成像技術，科學家能同時獲取功能和結構信息。例如，锝-99m標記的納米顆?？蓪崿F(xiàn)SPECT/熒光雙模態(tài)成像，鋯-89標記的抗體可與MRI對比劑結合實現(xiàn)PET/MRI成像，提供更全面的生物學信息。轉化醫(yī)學應用核素示蹤技術正從實驗室走向臨床，幫助個體化醫(yī)療決策。例如，標記抗體的PET成像可預測癌癥患者對免疫治療的反應；標記代謝物的示蹤技術則可直接評估藥物在靶器官的攝取和代謝情況。隨著合成技術和檢測靈敏度的提高，放射性核素在現(xiàn)代生命科學中的應用正經(jīng)歷革命性變革。α發(fā)射體如錒-225和砹-211正被開發(fā)用于靶向α治療(TAT)，其高線性能量轉移特性使其成為治療微轉移癌的理想選擇。納米技術與核素標記的結合創(chuàng)造了新型"核素—納米藥物"。這些復合體可通過主動或被動靶向將放射性核素遞送至特定組織，提高治療效果并減少副作用。例如，锝-99m標記的金納米粒子已用于淋巴結顯像，而鐳-223標記的碳納米管則顯示出針對骨轉移瘤的治療潛力。核素與現(xiàn)代醫(yī)藥靶向放射性藥物現(xiàn)代核醫(yī)學正經(jīng)歷從"器官靶向"向"分子靶向"的范式轉變。新型放射性藥物利用抗體、肽或小分子作為"導航系統(tǒng)"，將放射性核素精確遞送至特定分子靶點。例如，镥-177-DOTATATE靶向神經(jīng)內分泌腫瘤上的生長抑素受體，釔-90-ibritumomabtiuxetan靶向B細胞淋巴瘤的CD20抗原。心臟病精準診斷核素技術在心臟病診斷中提供獨特價值。锝-99m-四甲基吡啶氧肟(MIBI)心肌灌注顯像可評估心肌血流和存活性；銣-82PET提供更高精度的心肌血流量化；F-18FDGPET則能評估心肌代謝狀態(tài)和炎癥。這些技術幫助醫(yī)生區(qū)分可逆和不可逆的心肌損傷，指導個體化治療決策。神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷核素顯像在神經(jīng)退行性疾病早期診斷中發(fā)揮關鍵作用。F-18標記的淀粉樣蛋白示蹤劑可檢測阿爾茨海默病的病理變化；碳-11-PIB可視化β-淀粉樣蛋白沉積；F-18-DOPA則用于帕金森病多巴胺能神經(jīng)元功能評估。這些技術為早期干預和治療評估提供了重要工具。治療性放射性核素正迅速發(fā)展為精準腫瘤治療的重要手段。α粒子發(fā)射體（如鐳-223、砹-211）因其短射程和高線性能量轉移特性，特別適合微轉移病灶治療；β發(fā)射體（如釔-90、镥-177）則適用于較大腫瘤。這些核素與特異性靶向分子結合，形成"治療彈"，實現(xiàn)對腫瘤的精準打擊。中國在放射性藥物研發(fā)領域取得長足進步，自主研發(fā)的鎵-68-PSMA前列腺癌顯像劑、氟-18-FLT細胞增殖顯像劑等新型放射性藥物已進入臨床應用。國產放射性藥物不僅滿足國內需求，部分產品已出口國際市場，顯示了中國核醫(yī)藥領域的快速發(fā)展。新材料中的核素應用輻照改性技術利用鈷-60或電子加速器產生的輻射使高分子材料發(fā)生交聯(lián)或降解1輻照交聯(lián)電纜提高絕緣材料的耐熱性、機械強度和耐老化性能醫(yī)用輻照材料生產可降解縫合線、水凝膠敷料和藥物控釋系統(tǒng)半導體摻雜利用中子照射實現(xiàn)硅材料中的磷摻雜，控制電導率4輻照改性技術是利用電離輻射引發(fā)材料分子結構變化的先進加工方法。與傳統(tǒng)化學方法相比，輻照加工無需催化劑，不產生殘留毒性物質，能在室溫下進行，并且可以精確控制反應程度。全球每年約有100多萬噸高分子材料通過輻照加工改善性能。核摻雜是半導體工業(yè)的關鍵技術。通過中子照射硅晶體，部分硅-30原子捕獲中子變?yōu)楣?31，隨后β衰變?yōu)榱?31，實現(xiàn)原位摻雜。這種"核變換摻雜"(NTD)技術可獲得極其均勻的摻雜分布，是生產高功率半導體器件的理想方法。中國已掌握NTD技術，在高功率電力電子器件生產中應用。此外，新興的核素標記納米材料也展現(xiàn)出在生物醫(yī)學成像、藥物遞送和癌癥治療中的巨大潛力。太空科技中的核素放射性同位素電池(RTG)利用放射性核素衰變產生的熱能轉換為電能的裝置。主要使用钚-238（半衰期87.7年）作為熱源，通過熱電偶轉換成電能。RTG無需陽光，可在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作數(shù)十年，是深空和行星探測的理想電源。放射性同位素加熱單元(RHU)小型放射性熱源，用于保持航天器關鍵部件的工作溫度。典型RHU含有1-2克钚-238，產生約1瓦熱功率。這些裝置確保航天器在極寒環(huán)境中電子設備和科學儀器正常工作。核推進技術利用核裂變或放射性同位素加熱推進劑的推進系統(tǒng)。核熱火箭比化學火箭具有更高的比沖，能顯著縮短火星等深空目標的飛行時間。美國、俄羅斯和中國都在研發(fā)新一代核推進技術。放射性同位素電源已成功應用于多項標志性太空任務。從1969年阿波羅登月使用的SNAP-27電源，到為旅行者號提供近半世紀電力的MHW-RTG，再到最新的毅力號火星車上的MMRTG，這些電源確保了人類探測器能夠到達并研究太陽系最遙遠的角落。中國也在積極發(fā)展空間核電源技術。"嫦娥七號"月球南極探測任務計劃使用同位素熱源，解決月球極區(qū)長夜期間的能源問題。中國航天科技集團正研發(fā)具有自主知識產權的空間RTG技術，以支持未來深空探測、月球基地建設等雄心勃勃的太空計劃。放射性核素管理與核安全廢物分類與處理放射性廢物按活度分為高、中、低三類。低放廢物如受污染的防護服可壓縮固化后淺層填埋；中放廢物需水泥或瀝青固化；高放廢物（如乏燃料）則采用玻璃固化或陶瓷包裝，之后深地質處置。運輸與儲存放射性物質運輸需專用容器，經(jīng)過嚴格碰撞、火災和浸水測試。臨時儲存采用水池或干式儲存罐，確保充分冷卻和屏蔽。最終處置設施需考慮地質穩(wěn)定性、水文條件和人類活動等因素。環(huán)境監(jiān)測核設施周圍建立放射性監(jiān)測網(wǎng)，定期采樣分析空氣、水、土壤、植物和食品中放射性核素含量。現(xiàn)代監(jiān)測技術可檢測極低水平的放射性，及時發(fā)現(xiàn)異常情況。安全文化建設核安全不僅依賴技術措施，更需要強大的安全文化。核設施的設計、建造和運行需遵循縱深防御原則，建立多重安全屏障。嚴格的人員培訓、規(guī)范操作和獨立監(jiān)管是確保核安全的關鍵。核安全歷史上的重大事故提供了寶貴教訓。1979年美國三哩島事故暴露了運行管理和操作員培訓的不足；1986年切爾諾貝利事故源于反應堆設計缺陷和嚴重違規(guī)操作；2011年福島事故則凸顯了自然災害風險評估的重要性。這些事故推動了全球核安全標準的提高和安全文化的強化。放射性與人體健康放射性對人體的影響分為確定性效應和隨機性效應。確定性效應（如放射性皮膚灼傷、急性放射病）有明確的劑量閾值，超過閾值后，癥狀嚴重程度隨劑量增加而加重；隨機性效應（如癌癥誘發(fā)、遺傳效應）則無明確閾值，發(fā)生概率隨劑量增加而提高，但個體患病與否具有隨機性。國際輻射防護委員會(ICRP)建議的公眾年劑量限值為1毫西弗，職業(yè)人員為20毫西弗。這些限值遠低于產生急性健康效應的劑量，主要是為了將長期風險控制在可接受水平。值得注意的是，人類一直生活在自然輻射環(huán)境中，全球平均自然本底輻射劑量約為2.4毫西弗/年，但地區(qū)差異很大，有些高本底區(qū)居民年劑量可達10-20毫西弗，卻未觀察到明顯健康影響。放射防護措施屏蔽防護針對不同類型輻射選擇適當屏蔽材料：α射線可被紙張屏蔽；β射線需幾毫米鋁板；γ射線和X射線則需鉛或混凝土；中子需含氫材料和硼等吸收體。放射科診室墻壁通常使用厚度為2-3毫米的鉛板或相當厚度的混凝土，防護服則采用含鉛橡膠材料。距離防護輻射強度遵循反平方定律，即與輻射源距離的平方成反比。將工作距離從0.5米增加到5米，可使輻射劑量降低100倍。遠距離操作工具、機械臂和自動化設備是放射工作的重要輔助手段，可大大減少工作人員所受劑量。時間與監(jiān)測縮短輻射場停留時間是減少劑量的有效方法。工作前充分準備、培訓和演練可提高操作效率，減少輻射暴露時間。個人劑量計（如熱釋光劑量計、電子直讀劑量計）是監(jiān)測個人輻射劑量的重要工具，可實時或定期提供劑量信息，及時發(fā)現(xiàn)異常情況。放射防護的ALARA原則（AsLowAsReasonablyAchievable，合理可行盡量低）是現(xiàn)代輻射防護的核心理念。這一原則要求在考慮經(jīng)濟和社會因素的情況下，將輻射劑量降至最低。防護最優(yōu)化需要平衡放射技術的益處與潛在風險，確保放射技術在安全基礎上發(fā)揮最大社會效益。法律與核素監(jiān)管國際原子能機構(IAEA)1957年成立的聯(lián)合國專門機構，總部位于維也納。負責促進和平利用核能，防止核武器擴散，制定核安全標準。其"保障監(jiān)督"制度通過核查確保民用核材料不被用于軍事目的。IAEA定期派遣專家組對成員國核設施進行安全評估和技術合作。中國核監(jiān)管體系中國國家核安全局是核安全監(jiān)管的主管部門，負責核設施安全監(jiān)督和放射性物質管理?！吨腥A人民共和國核安全法》于2018年正式實施，是中國核安全領域的基本法律。此外，《放射性污染防治法》、《民用核設施安全監(jiān)督管理條例》等法規(guī)構成了完整的核安全法律體系。放射性同位素管理放射性同位素的生產、銷售、運輸和使用均需獲得許可證。使用單位必須建立放射性同位素臺賬，定期向監(jiān)管部門報告。廢舊放射源必須返回生產單位或送交有資質的放射性廢物處理單位，防止廢源失控造成環(huán)境污染或安全事故。中國積極參與國際核不擴散和核安全合作，是《不擴散核武器條約》、《全面禁止核試驗條約》、《核安全公約》等多項國際條約的簽約國。中國還與IAEA、美國、法國、俄羅斯等國家和組織建立了核安全合作機制，共同提高全球核安全水平。隨著核技術在醫(yī)療、工業(yè)和科研領域的廣泛應用，放射性同位素監(jiān)管面臨新挑戰(zhàn)。中國正在加強核與輻射安全文化建設，推進核安全監(jiān)管信息化，建立全國統(tǒng)一的放射源監(jiān)管系統(tǒng)，實現(xiàn)對放射源全生命周期的動態(tài)監(jiān)管，有效防范放射源安全事故。世界核素研究前沿1超重元素合成科學家正致力于合成周期表第七周期后的超重元素。近年來，元素113（虛母)、115（鏌）、117（石田）和118（奧氣）已被正式命名，而119和120號元素的合成實驗正在俄羅斯杜布納聯(lián)合核研究所和德國重離子研究中心進行。"穩(wěn)定島"探索理論預測在質子數(shù)約114和中子數(shù)約184處存在"穩(wěn)定島"，該區(qū)域的超重核素可能有相對較長的半衰期。尋找這一穩(wěn)定島是核物理學的重大挑戰(zhàn)，可能重新定義我們對核穩(wěn)定性的理解。奇異核素研究位于穩(wěn)定谷遠處的"奇異核素"展現(xiàn)出與傳統(tǒng)核素截然不同的性質。如中子暈核素（如鋰-11）的核半徑異常大；中子滴線附近的"島核素"（如氦-10）展示新的魔數(shù)；鏡像核素對（如氮-17和氟-17）則提供研究核子間相互作用的窗口。醫(yī)用放射性核素創(chuàng)新新型醫(yī)用核素如銅-64、鎵-68（用于PET成像）和錒-225、鉍-213（用于α粒子治療）正在開發(fā)中。這些核素配合新型靶向分子，將大大提高核醫(yī)學診斷和治療的精準度。多國正在建設專用同位素生產加速器，提高這些核素的供應能力。現(xiàn)代核素研究依賴于先進的實驗設施。放射性束流工廠（如日本RIBF、美國FRIB、中國HIAF）能產生遠離穩(wěn)定線的奇異核素；理想核素分離設施（如歐洲ISOLDE）則專注于生產高純度放射性同位素。中國的蘭州重離子加速器正進行重要升級，將顯著提升中國在超重元素和奇異核素研究領域的能力。國內核科技成就華龍一號中國自主三代核電技術，首堆于2021年在福建福清投入商業(yè)運行。華龍一號采用177組燃料組件，設計壽命60年，具有先進的安全特性和經(jīng)濟性，是中國核電"走出去"的旗艦產品，已在巴基斯坦建成投運。人造太陽EAST中國科學院合肥物質科學研究院的EAST裝置2021年實現(xiàn)了1.2億攝氏度等離子體持續(xù)燃燒101秒的世界紀錄，2022年又達到了1.6億度持續(xù)運行超過1000秒的突破，向可控核聚變邁出重要一步。醫(yī)用同位素國產化中國已基本實現(xiàn)常用醫(yī)用放射性同位素自給自足。國產鉬-99/锝-99m發(fā)生器滿足了國內大部分核醫(yī)學科室需求；鋯-89、銅-64等新型PET核素也實現(xiàn)小批量生產；釔-90微球治療肝癌技術達到國際領先水平。重離子加速器蘭州重離子加速器升級工程和強流重離子加速器裝置(HIAF)建設順利推進，將大幅提升中國在核物理基礎研究和放射性核素生產領域的能力，為探索奇異核素和超重元素提供世界級平臺。中國在核醫(yī)學領域實現(xiàn)跨越式發(fā)展。自主研發(fā)的正電子發(fā)射斷層掃描(PET)裝備已裝機超過200臺，性能達到國際先進水平；自主研發(fā)的碳離子治療系統(tǒng)在上海、無錫等地建成投用，結束了中國高端放射治療設備完全依賴進口的歷史。在核環(huán)保領域，中國已掌握核廢料玻璃固化技術，并建成低中放廢物處置場。北京、四川等地的地下實驗室正開展高放廢物地質處置研究。此外，中國還在積極開發(fā)小型模塊化反應堆、釷基熔鹽堆等先進核能系統(tǒng)，以及空間核電源等特種核技術，不斷拓展核素技術的應用疆界。未來展望：綠色能源與核素小型模塊化反應堆功率在300MWe以下的新型緊湊反應堆2釷基核能系統(tǒng)利用儲量豐富的釷-232作為新型核燃料3聚變能源模仿太陽能源產生方式的終極清潔能源核素循環(huán)利用閉式燃料循環(huán)與放射性核素再利用技術未來核能發(fā)展將更加注重綠色和可持續(xù)。小型模塊化反應堆(SMR)因其占地少、投資低、安全性高的特點，特別適合替代小型燃煤電廠和為偏遠地區(qū)供電，是未來核能發(fā)展的重要方向。中國"玲龍一號"、"核動力一號"等小型堆已取得重要進展。釷基核能系統(tǒng)利用儲量豐富的釷-232作為燃料，通過中子俘獲和β衰變產生鈾-233，具有廢物少、增殖性好、不易擴散等優(yōu)勢。中國在釷基熔鹽堆技術方面處于國際領先地位，在甘肅武威建設的實驗堆預計2030年前后建成?？煽睾司圩儎t被視為人類終極能源解決方案，中國正積極參與國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃，并自主建設中國聚變工程實驗堆(CFETR)，力爭在21世紀中葉實現(xiàn)聚變能商業(yè)應用。課堂互動：核素趣味問答競猜題：最常用的醫(yī)學診斷核素是？A.碳-14B.鈷-60C.锝-99mD.碘-131答案：C.锝-99m。锝-99m是全球使用最廣泛的醫(yī)學診斷核素，每年用于約3000萬次醫(yī)學檢查，占核醫(yī)學檢查的80%以上。小組活動：核素半衰期模擬使用硬幣模擬放射性衰變過程。每輪擲硬幣，將"正面"的硬幣（代表已衰變核素）移除，記錄每輪剩余硬幣數(shù)量，繪制衰變曲線，體驗指數(shù)衰減規(guī)律。辯論題目：核能是否應被視為綠色能源？分成正反兩方，就核能的低碳特性與核廢料處理挑戰(zhàn)進行辯論，培養(yǎng)多角度思考科技問題的能力?；迎h(huán)節(jié)設計旨在通過趣味方式幫助學生鞏固核素知識，提高學習興趣。除上述活動外，教師還可組織"放射性探測器操作演示"，讓學生實際體驗使用蓋革計數(shù)器測量不同材料的自然放射性水平；或開展"核素應用場景模擬"，讓學生分組扮演醫(yī)生、考古學家、工程師等角色，說明如何在各自領域應用核素技術解決實際問題。通過親身參與這些互動活動，學生不僅能加深對核素知識的理解，還能培養(yǎng)團隊協(xié)作和批判性思維能力。教師應鼓勵學生提出問題，引導他們思考核科學的倫理和社會影響，形成科學、理性的核技術觀。例題解析一例題：半衰期計算某放射性核素樣品的初始活度為8000Bq，經(jīng)過21天后測得活度為1000Bq。求該核素的半衰期。解題步驟根據(jù)衰變公式N=N?e-λt，代入已知條件：1000=8000e-λ×21求解衰變常數(shù)：e-λ×21=1000/8000=1/8=0.125取對數(shù)：-λ×21=ln(0.125)=-2.079解得：λ=2.079/21=0.099天-1利用關系式T1/2=0.693/λ=0.693/0.099=7天例題：剩余量計算碘-131的半衰期為8.02天，如果初始有100毫克碘-131，24.06天后還剩多少毫克？解題步驟確定經(jīng)過了幾個半衰期：24.06/8.02=3個半衰期計算剩余量：N=N?×(1/2)3=100×(1/2)3=100×0.125=12.5毫克驗證：使用指數(shù)公式計算N=100e-0.693×24.06/8.02=100e-2.079=12.5毫克答案：24.06天后剩余12.5毫克碘-131。放射性衰變計算是核科學應用的基礎，掌握半衰期和衰變常數(shù)的關系，以及指數(shù)衰減公式的應用，對理解和應用放射性核素至關重要。例題解析二時間(小時)計數(shù)率(CPM)例題：某實驗室采集一個未知放射性核素樣品，使用蓋革計數(shù)器在不同時間點測量其放射性，得到上圖所示數(shù)據(jù)。根據(jù)測量結果回答下列問題：1.確定該核素的半衰期2.若該樣品初始質量為5微克，24小時后剩余放射性核素的質量是多少？3.該核素最可能是哪種已知核素？1半衰期確定從圖中可以看出，計數(shù)率從1000CPM降至500CPM用了12小時，從500CPM降至250CPM又用了12小時。因此該核素的半衰期為12小時。2剩余質量計算24小時相當于2個半衰期，剩余質量比例為(1/2)2=1/4。初始質量為5微克，因此24小時后剩余5×0.25=1.25微克。3核素鑒別半衰期為12小時的已知核素中，碘-132（半衰期2.3小時）、磷-32（半衰期14.3天）、鉬-99（半衰期66小時）均不符合。該核素最可能是銅-64，其半衰期為12.7小時，接近測量值12小時。實驗數(shù)據(jù)分析是核素研究的重要環(huán)節(jié)。在實際工作中，科學家經(jīng)常需要通過測量數(shù)據(jù)確定未知核素的特性。通過半衰期確定核素種類是核素鑒別的基本方法之一，結合其他特性如輻射類型和能量可進一步確認。例題解析三綜合題背景某醫(yī)院使用18F-FDG進行PET掃描檢查腫瘤患者。氟-18的半衰期為109.8分鐘，主要通過β+衰變（正電子發(fā)射）轉變?yōu)檠?18。該檢查需要注射足夠活度的示蹤劑，同時控制患者接受的輻射劑量。問題與計