華中農(nóng)業(yè)大學(xué)同位素示蹤技術(shù)講課提綱二

1、第一章第一章 核衰變核衰變 一、幾個(gè)概念：一、幾個(gè)概念： 1、 同位素（同位素（Isotope）如：）如：1H、2H、3H 互為同位素互為同位素 2、同量異位素（、同量異位素（Isobar）如：）如：48Ca、48Ti 3、同中子異位素（、同中子異位素（Isotones）如：）如：3H、4He 4、同質(zhì)異能素（、同質(zhì)異能素（Isomer）如：）如：69Co、69mCo5、放射性同位素（、放射性同位素（Radioisotope）：）：6、天然同位素（、天然同位素（Natrural radioisotope）7、人工同位素（、人工同位素（Arcificial radioisotope）8、穩(wěn)定性同

2、位素（、穩(wěn)定性同位素（Staber isotope）9、核衰變核衰變（Nucleon decay）：）： 一種核自發(fā)地轉(zhuǎn)變成另外核并伴有一種核自發(fā)地轉(zhuǎn)變成另外核并伴有 輻射發(fā)生的過程。輻射發(fā)生的過程。 二、核衰變的特點(diǎn)：二、核衰變的特點(diǎn)：1、衰變具隨機(jī)性，是一個(gè)機(jī)率過程。、衰變具隨機(jī)性，是一個(gè)機(jī)率過程。 2、衰變不受外界條件的影響。、衰變不受外界條件的影響。 3、衰變時(shí)放出的射線可使氣體電離、衰變時(shí)放出的射線可使氣體電離、 乳乳膠變黑、使熒光物質(zhì)發(fā)光、膠變黑、使熒光物質(zhì)發(fā)光、 周圍周圍 物質(zhì)溫物質(zhì)溫度變高等度變高等。4、 衰變時(shí)放出的射線具有一定能量，衰變時(shí)放出的射線具有一定能量， 且一種核衰

3、變的射線具有穩(wěn)定的且一種核衰變的射線具有穩(wěn)定的 半衰期。半衰期。5、 衰變的核有的穩(wěn)定，有的不穩(wěn)定。衰變的核有的穩(wěn)定，有的不穩(wěn)定。 母核：衰變前的核母核：衰變前的核 子核：衰變后生成的新核（第一、子核：衰變后生成的新核（第一、 二、三代等）二、三代等） 衰變圖：衰變圖：三、核衰變的種類三、核衰變的種類 1、 衰變（衰變（Alpha） AZX A-4Z-2Y+ +Q AZX 母核母核 A-4Z-2Y 子核子核 出射粒子出射粒子 Q 能量能量例：例：22688Ra 22286Rn + 42He（） （鐳（鐳 氡）氡）2、 - 衰變衰變(Beta-negatron) nP+-+Q+V -：負(fù)電子：負(fù)

4、電子 n：中子：中子 P：質(zhì)子：質(zhì)子 V：反中微子：反中微子 AZX AZ+1Y+-+Q+V 例：例：3215P3216S+ A 、 -粒 子 實(shí) 質(zhì) 是 電 子 ， 質(zhì) 量 為粒 子 實(shí) 質(zhì) 是 電 子 ， 質(zhì) 量 為 0.000549u,帶一個(gè)負(fù)電荷。帶一個(gè)負(fù)電荷。 B、-粒子比核的質(zhì)量小幾千倍粒子比核的質(zhì)量小幾千倍幾十萬幾十萬倍，因此，倍，因此，-粒子從原子核帶走的能量很少。粒子從原子核帶走的能量很少。 C、-粒子的能譜是一個(gè)連續(xù)值，粒子的能譜是一個(gè)連續(xù)值，E-的值的值可以從可以從0最大值。最大值。 D、 E0是是-粒子的最大能量值，一般圖表粒子的最大能量值，一般圖表上給上給E-即是即是

5、E0. 3、 +衰變衰變(Beta-pasitron) +:正電子正電子 Pn+Q+V AZXAZ-1Y+Q+V V：中微子：中微子 4、 電子俘獲電子俘獲 （Electeon Capture EC） P+e-n+v AZX+e- AZ-1Y+Q+V 例：例：5526Fe+e-5525Mn 5、衰變衰變（Gamma ray decay） AZXmAZX+ 例例 6027Co6028Ni+ 鈷鈷 11349In11349In+ 銦銦 6028Ni+ 鎳鎳衰變形式衰變形式 放出射線放出射線 原子序數(shù)變化原子序數(shù)變化 原子質(zhì)量數(shù)變化原子質(zhì)量數(shù)變化 42He -2 -4 - e-(負(fù)電子負(fù)電子) +1

6、 0 + e+(正電子正電子) -1 0 hr（光子）（光子） 0 0 Ec hr（光子）（光子） -1 0四、放射性核衰變的結(jié)果四、放射性核衰變的結(jié)果 N=N0e-t式中：式中：N0t=0時(shí)原子核數(shù)時(shí)原子核數(shù) N經(jīng)過時(shí)間經(jīng)過時(shí)間t后剩余原子核數(shù)后剩余原子核數(shù) e自然對(duì)數(shù)底自然對(duì)數(shù)底 衰變常數(shù)衰變常數(shù) t衰變經(jīng)過的時(shí)間衰變經(jīng)過的時(shí)間：單位時(shí)間內(nèi)平均每個(gè)核衰變的機(jī)率：單位時(shí)間內(nèi)平均每個(gè)核衰變的機(jī)率 S-1五、核衰變定律五、核衰變定律（Radiactive decay Lan） 例：例：32P =1/1782850秒秒-1=5.610-7秒秒-1 60Co =1/239364155秒秒-1=4.1

7、810-9秒秒-1 越大，該核素越不穩(wěn)定，因此，越大，該核素越不穩(wěn)定，因此，32P比比60Co 活躍些?；钴S些。 六、兩個(gè)重要概念：六、兩個(gè)重要概念： 衰變常數(shù)衰變常數(shù)（Decay comstant）: 單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)核衰變的機(jī)率。單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)核衰變的機(jī)率。 單位：秒單位：秒-1 天天-1由上式：由上式：N=1/2No e-t （當(dāng)（當(dāng)t =T） 所以：所以：T= Ln/= 0.693/ N=N0e-t 半衰期半衰期（Half Life）:T1/2 T N0衰變到一半所需用時(shí)間。衰變到一半所需用時(shí)間。 單位：單位：s、m、h、 d、y 七、七、 放射性強(qiáng)度的單位：放射性強(qiáng)度的單位： 1、 放

8、射性強(qiáng)度放射性強(qiáng)度（Radioactivety）：又）：又:放射性活度放射性活度 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù) A=An . e-t 式中：式中：A0衰變前放射性強(qiáng)度衰變前放射性強(qiáng)度 A衰變后放射性強(qiáng)度衰變后放射性強(qiáng)度 e,t：(核衰變定律中的意義核衰變定律中的意義)單位：單位：1、貝克勒爾（貝克勒爾（Becguerel）:貝克貝克 1Bq=1個(gè)衰變個(gè)衰變/秒秒2、居里（居里（Curie、Ci、C）1Ci=3.7 1010Bq 1uCi=3.7 104Bq又可見又可見:dpm（Decay per minute) dps(Decay per second) 1dps=1Bq

9、2、 比強(qiáng)度（比強(qiáng)度（Specific activity） a 單位數(shù)量放射性物質(zhì)的放射性強(qiáng)度單位數(shù)量放射性物質(zhì)的放射性強(qiáng)度 a=A/mg a=Ci/g 八、八、 多次衰變多次衰變ABCS式中：式中：S：穩(wěn)定性核素，其余具放射性。：穩(wěn)定性核素，其余具放射性。 例如：例如：23892u23490Th23491Pa23492u206Pb 鈾鈾 釷釷 鎂鎂 鉛鉛射線射線 徑跡徑跡射程射程 電比離度電比離度 LET 直線直線 氣：氣：2.4-11cm生物：生物：0.030.07mm 30000離子離子對(duì)對(duì)/cm 大大曲線曲線 氣氣:幾十幾十Cm幾幾m 60-100離離子對(duì)子對(duì)/Cm中中直直-曲線曲線

10、氣氣:幾十幾十m金屬：幾十金屬：幾十Cm幾幾m很少，很少，的的1% 小?。ń由媳恚ń由媳恚┚?、射線與物質(zhì)的相互作用九、射線與物質(zhì)的相互作用1.幾種射線的性質(zhì)幾種射線的性質(zhì) 射線射線 速度速度電荷電荷靜止質(zhì)量靜止質(zhì)量（amu） E（mev） 能譜能譜 1/20C 24.0027 2-8.85 單值單值 1/3C 10.00549 0-最大最大 連續(xù)值連續(xù)值 C 00約等于核約等于核二能級(jí)單二能級(jí)單值之差值之差 單值單值 2、 帶電粒子與物質(zhì)的相互作用帶電粒子與物質(zhì)的相互作用 （1）電離（）電離（Ionization） 離子對(duì)、直接電離、間接電離離子對(duì)、直接電離、間接電離 （2）激發(fā)）激發(fā)(Ex

11、citation) （3） 散射（散射（Seatteriong） （4） 吸收（吸收（Alsorption） （5）切倫科夫輻射（）切倫科夫輻射（Cerenkov radiation） （6）韌致輻射（）韌致輻射（Bremsstrahluny） 3、 射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用 （1）光電效應(yīng)（）光電效應(yīng)（Photoelectric effect） 射線被物質(zhì)吸收（能量交給一個(gè)電射線被物質(zhì)吸收（能量交給一個(gè)電子），發(fā)射出電子（子），發(fā)射出電子（Ee=Er-結(jié)合能）結(jié)合能）。 （2）康普頓效應(yīng)（）康普頓效應(yīng)（Compton effect） 產(chǎn)生較低能量的產(chǎn)生較低能量的射線改變方向，

12、發(fā)射線改變方向，發(fā)射出電子射出電子Ee = Er - Er-結(jié)合能，完成光結(jié)合能，完成光電效應(yīng)后被吸收。電效應(yīng)后被吸收。 (3) 產(chǎn)生電子對(duì)（產(chǎn)生電子對(duì)（Pair production）射線消失（射線消失（Er1.022Mer）,產(chǎn)生電子和產(chǎn)生電子和正 電 子 （ 二 者 又 可 結(jié) 合 轉(zhuǎn) 化 為正 電 子 （ 二 者 又 可 結(jié) 合 轉(zhuǎn) 化 為Er=0.511Mev光子）。光子）。 正負(fù)電子正負(fù)電子E=1/2（Er-1.022Mev） 光子光子Er7Mev可產(chǎn)生原子核反應(yīng)可產(chǎn)生原子核反應(yīng) 4、 中子與物質(zhì)的相互作用中子與物質(zhì)的相互作用 （1） 中子：中子： 冷中子：冷中子：En20Mev A. 中子不