原子核與放射性

原子核與放射性第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)一、原子結(jié)構(gòu)原子是由一個原子核和繞核旋轉(zhuǎn)的若干電子組成。原子核集中了原子的全部正電荷和幾乎全部原子的質(zhì)量（核外電子質(zhì)量與核的質(zhì)量相比是非常小的），但只占整個原子體積的極小部分。原子的正電荷電量為Ze（Z為原子序數(shù)，e為電子電量）；在正常情況下，核外有Z個電子，其總的負電量也為Ze。

第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)一、原子結(jié)構(gòu)玻爾原子結(jié)構(gòu)三個基本假設

1、式中ｍ為電子的質(zhì)量，ｒ為圓周軌道半徑，ｖ為電子運動的速率，ｈ為普朗克常數(shù)，ｎ叫量子數(shù)，可以?。薄ⅲ?、３-…等整數(shù)值。２、當電子在上述任何一個軌道上運動時，原子處于穩(wěn)定狀態(tài)并不向外輻射能量。

第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)一、原子結(jié)構(gòu)玻爾原子結(jié)構(gòu)三個基本假設

３、電子由一個軌道過渡到另一個軌道時，原子的能量狀態(tài)發(fā)生變化，同時發(fā)射或吸收一個光子。發(fā)射或吸收光子的能量hγ等于原子能量的變化，即第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)一、原子結(jié)構(gòu)氫原子核外電子的各條可能軌道的半徑，及電子在各條軌道上運動時的能量

式中的r1、、Ｅ1分別代表第一條（即離核最近的）可能軌道的半徑和電子在這條軌道上運動時的能量，rn、En分別代表第n條可能軌道的半徑和電子在第n條軌道上運動時的能量。

第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)一、原子結(jié)構(gòu)原子能夠處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，這些能量狀態(tài)通常叫做原子能級。在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級，這時電子在離核最近的軌道上運動，這種定態(tài)叫基態(tài)。如果受到外界的作用原子會吸收一定的能量從基態(tài)躍遷到高能級，這些定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。

第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)二、

原子核的組成及基本性質(zhì)

原子核是由質(zhì)子和中子組成的，兩者統(tǒng)稱為核子。

中子用符號n表示，它是電中性的，其質(zhì)量是電子質(zhì)量的1836.6倍。質(zhì)子用符號p表示，它就是氫核，帶有正電荷，在數(shù)值上與電子的負電量相等。質(zhì)子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的1836.1倍，與中子的質(zhì)量近似相等

第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)二、

原子核的組成及基本性質(zhì)通常把具有不同原子核組成的各種元素統(tǒng)稱為核素，用符號表示。這里X是元素符號，左下角Z標明核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也稱核電荷數(shù)或原子序數(shù)；左上角的A標明核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，亦即核子總數(shù)，又稱質(zhì)量數(shù)。質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的核素稱為同位素。

第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)二、

原子核的組成及基本性質(zhì)原子核的幾個基本性質(zhì)：１、原子核的電荷：原子核的一個重要特征是它所帶的電量。原子核帶正電，數(shù)值總是最小電量單位的整倍數(shù)。這個倍數(shù)同元素周期表中的原子序數(shù)Z是一致的。

２、原子核的質(zhì)量：原子核的另一個重要特征是它的質(zhì)量。對原子核的描述或進行某些計算時，往往用整個中性原子的質(zhì)量數(shù)值。原子的總質(zhì)量等于原子核的質(zhì)量加核外電子的質(zhì)量，再減去相當于電子全部結(jié)合能的數(shù)值。

第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)二、原子核的組成及基本性質(zhì)３、原子核的成分：原子核是由質(zhì)子和中子兩種粒子組成的。質(zhì)子和中子的質(zhì)量數(shù)都是1，所以原子核的質(zhì)量數(shù)也代表構(gòu)成這個原子核的質(zhì)子和中子的總數(shù)。代表原子核電量的Z也代表核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。N=A－Z是核內(nèi)的中子數(shù)。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子。４、原子核的大?。簩嶒炞C明原子核的半徑在米的數(shù)量級。

第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)三、質(zhì)量虧損與結(jié)合能１、原子核的質(zhì)量虧損

原子核的質(zhì)量，應該等于組成原子核的核子質(zhì)量的總和，但是從實驗測得的結(jié)果恒小于這一數(shù)值。如以Mp、Mn和MA分別表示質(zhì)子、中子和原子核的質(zhì)量，則核子質(zhì)量的總和與原子核質(zhì)量的差值，叫作原子核的質(zhì)量虧損，以ΔM表示，即ΔM=ZMp＋(A－Z)Mn－MA

第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)三、質(zhì)量虧損與結(jié)合能２、原子核的結(jié)合能核子結(jié)合成原子核，質(zhì)量為什么會減少呢？按照相對論原理，質(zhì)量與能量相聯(lián)系，當質(zhì)子和中子組成原子核時，應有大量的能量釋放出來，這一能量就是原子的結(jié)合能，其值為

ΔE=ΔMc2

式中，c為光速，ΔM為原子核的質(zhì)量虧損。

第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第1節(jié)三、質(zhì)量虧損與結(jié)合能每個核子的平均結(jié)合能為

第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第2節(jié)原子核的衰變類型及衰變規(guī)律

一、原子核的衰變類型

二、放射性衰變定律

第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第2節(jié)一、原子核的衰變類型

我們把鈾、鐳等核素所具有的、能放出某種射線的性質(zhì)稱為放射性。自然界中天然存在的某些核素能夠不斷放出上述射線，常稱為天然放射性。這些核素則稱為天然放射性核素或天然放射性同位素。自然界的一些重核素如鈾、鐳等，它們的原子核自發(fā)地放出某種射線后轉(zhuǎn)變成其它的核素，這種現(xiàn)象叫原子核的衰變。

第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第2節(jié)一、原子核的衰變類型α射線，α粒子是帶正電的氦核；放射α粒子而發(fā)生的衰變過程叫α衰變。若用X代表母體，Ｙ代表子體，其衰變反應式如下Q是核衰變過程中所放出的能量，叫衰變能。α衰變所形成的子體，其電荷數(shù)比母體少了２個，質(zhì)量數(shù)減少了４，所以在元素周期表中的位置比母體前移兩個位置。第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第2節(jié)一、原子核的衰變類型β射線，β粒子是高速的電子；放射β粒子的衰變過程叫β衰變。其衰變反應式如下：

β衰變時，在放出一個電子的同時，還放出一個中微子。β衰變所形成的子體，其電荷數(shù)比母體增加了１，質(zhì)量數(shù)不變，所以在元素周期表中的位置比母體向后移一位，

第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第2節(jié)一、原子核的衰變類型γ射線，γ射線是波長比X射線更短的電磁輻射。原子核由高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出γ光子的現(xiàn)象叫γ躍遷（衰變）。

第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第2節(jié)二、放射性衰變定律

如果以N0表示在ｔ＝０時的母體核數(shù)，經(jīng)過數(shù)學運算可知，

這個公式指出，放射性核素是隨時間按指數(shù)函數(shù)規(guī)律而衰變的，這就是放射性衰變定律。這一定律可用曲線表示。曲線的陡度即下降速度決定于衰變常數(shù)λ的大小。λ值越大，曲線下降越快，母體衰變的速度越快。

第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第2節(jié)二、放射性衰變定律除了用衰變常數(shù)表示每種原子核衰變的快慢外，在實際應用中常用到另一個物理量——半衰期。半衰期的定義是：放射性原子核的數(shù)量衰減到原來的一半所經(jīng)歷的時間。通常用Ｔ表示。半衰期和衰變常數(shù)λ成反比，衰變常數(shù)越大，則半衰落期越短，放射性核素衰變的越快。

第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第3節(jié)放射性核素在醫(yī)學上的應用

一、放射性核素在醫(yī)學上的應用

１、示蹤原子

2、利用放射性核素進行治療

二、放射線的防護

第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第3節(jié)一、放射性核素在醫(yī)學上的應用

示蹤原子放射性核素由于放出容易被測到的射線，無形中帶上一種特殊的標記，使得它的蹤跡容易被放射性探測儀器觀測出來。因此當放射性物質(zhì)和穩(wěn)定物質(zhì)混在一起時，可借以測出穩(wěn)定物質(zhì)在各種變化過程中的變動情況。此種作用稱為示蹤原子作用。

第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第3節(jié)二、放射線的防護

１、盡量使用放射性強度小的放射源。２、接觸放射源的強度與射線的照射量成正比。為了減少操作人員的照射劑量，在不影響工作的情況下，應盡量縮短接觸時間。３、增加離放射源的距離。根據(jù)放射性強度與距離平方成反比的特點，可以采用遠離放射源操作的方法來達到防護的目的。一般可使用長柄鉗或機械手等操作工具。４、外照射一般應進行屏蔽防護。

第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第4節(jié)基本粒子簡介一、描述基本粒子特性的物理量

二、基本粒子的分類及相互轉(zhuǎn)變

三、物質(zhì)的無限可分性

第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第4節(jié)一、描述基本粒子特性的物理量

１、質(zhì)量：一般是以電子的靜止質(zhì)量ｍe為單位來表示。２、電荷：以電子的電量作為單位來表示，例如電子的電荷為－１，而質(zhì)子的電荷為＋１。３、壽命：很多基本粒子都是不穩(wěn)定的，可以自發(fā)地衰變?yōu)槠渌Ｗ?，因此我們說每一粒子具有一定的壽命。一般是以同一類粒子的平均壽命來表示。在已發(fā)現(xiàn)的三百多種基本粒子中，絕大部分是壽命非常短（秒）的粒子，叫做共振態(tài)粒子。壽命較長（秒以上）的基本粒子，叫基態(tài)粒子。４、自旋：每一粒子都具有自旋動量矩，可以用自旋量子數(shù)表示。自旋量子數(shù)簡稱自旋.

第25頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第4節(jié)二、基本粒子的分類及相互轉(zhuǎn)變

１、光子族：只有光子一種，它的靜止質(zhì)量為零，自旋量子數(shù)為１。２、輕子族：質(zhì)量較輕，自旋量了數(shù)為1/2。輕