第一章 核物理

第一章核物理第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三原子結(jié)構(gòu)原子核中子質(zhì)子電子+++第一節(jié)原子核結(jié)構(gòu)第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三原子核結(jié)構(gòu):X為元素符號Z為質(zhì)子數(shù)N為中子數(shù)A為質(zhì)量數(shù)原子核結(jié)構(gòu)第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三原子的能量狀態(tài)：核外電子和原子核的能級第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三元素、核素、同位素元素——具有相同質(zhì)子數(shù)的原子，化學性質(zhì)相同，但其中子數(shù)可以不同，如131I和127I；核素——質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)也相同，且具有相同能量狀態(tài)的原子，稱為一種核素。同一元素可有多種核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分別為3種元素的5種核素；同質(zhì)異能素——質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都相同，但處于不同的核能狀態(tài)原子，如99mTc、99Tc

。第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三同位素——凡同一元素的不同核素（質(zhì)子數(shù)同，中子數(shù)不同）在周期表上處于相同位置，互稱為該元素的同位素。4第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三一、核力和放射性核素

原子核的核子之間存在著很強的短程引力稱為核力，核力使原子核中的核子結(jié)合在一起，同時，原子核中又存在帶正電荷的質(zhì)子之間的靜電排斥力，原子核的穩(wěn)定性由核子之間的核力和質(zhì)子之間的靜電排斥力的相對大小決定，與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的比例有關。

Z<20Z/N=1StabilityZ>20N/Z>1Stability

Z>83Unstability

第二節(jié)放射性衰變第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三原子核穩(wěn)定，不會自發(fā)衰變的核素稱為穩(wěn)定核素(stablenuclide);原子核處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需通過核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能級調(diào)整才能趨于穩(wěn)定的核素稱為放射性核素(radionuclide);放射性核素的原子由于核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能級調(diào)整，自發(fā)地釋放出一種或一種以上的射線并轉(zhuǎn)化為另一種原子的過程稱為放射性衰變(radiationdecay)。第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三+++++++++從母核中射出的4He原子核238U(鈾)4He+234Th(釷)放射性母核二、基本衰變類型1.衰變

238U→234Th+4He+Q粒子得到大部分衰變能，粒子含2個質(zhì)子，2個中子第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三衰變：241Am(镅)237Np(镎)+4He第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三β-衰變：3215P→3216S+-+Ue+1.71MeV正電子衰變：137N→136C+++υ+1.190MeVβ射線本質(zhì)是高速運動的電子流發(fā)生原因——母核中子或質(zhì)子過多2.衰變第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三-衰變：3H3He+-第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三-衰變第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三正電子衰變：11C11B++第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三+++++++++質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子，并且?guī)ё咭粋€單位的正電荷中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子，并且?guī)ё咭粋€單位的負電荷+中微子－反中微子三種子體分享裂變能——因此電子具有連續(xù)能譜第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三質(zhì)子變成中子X射線3.電子俘獲（electroncapture）核外軌道電子第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三電子俘獲：7Be(鈹)7Li(鋰)第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三+++++++++－中微子光子4.衰變γ衰變往往是繼發(fā)于α衰變或β衰變后發(fā)生，這些衰變后，原子核還處于較高能量狀態(tài)，原子核以放出γ-ray釋放出過剩能量99Mo→99mTc+-→99Tc+γ(T1/2:①66.02d;②6.02h)131I→131Xe+-

+γ(T1/2:8.04d)第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三衰變：99mTc99Tc第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三射線是什麼？射線就是高能量的光子：幾百keV-MeV量級衰變發(fā)生由于原子核能量態(tài)高，從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，在這個過程中發(fā)射射線，原子核能態(tài)降低。射線是高能量的電磁輻射——光子第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三衰變特點：從原子核中發(fā)射出光子常常在或衰變后核子從激發(fā)態(tài)退激時發(fā)生產(chǎn)生的射線能量離散可以通過測量光子能量來區(qū)分母體的核素類別第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三α

衰變β-

衰變β+

衰變

衰變第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三對于由大量原子組成的放射源，每個原子核都可能發(fā)生衰變，但不是所有原子在同一時刻都發(fā)生衰變，某一時刻僅有極少數(shù)原子發(fā)生衰變。放射性核素衰變是隨機的、自發(fā)的按一定的速率進行，各種放射性核素都有自己特有的衰變速度。放射性核素原子隨時間而呈指數(shù)規(guī)律減少，其表達式為：N=N0e-λt

λ:decayconstantt:decaytimee:baseofnaturallogarithm三、放射性衰變基本規(guī)律第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三指數(shù)衰減規(guī)律：N=N0e-t

N0：（t=0）時放射性原子核的數(shù)目N：經(jīng)過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目:放射性原子核衰變常數(shù)；大小只與原子核本身性質(zhì)有關，與外界條件無關；數(shù)值越大衰變越快半衰期(half-live)：放射性原子核數(shù)從N0衰變到N0的1/2所需的時間N=N0e-t衰變規(guī)律第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三儀器測量常用放射性活度單位：

dps:disintegrationpersecondcps:countspersecond比放射性活度：定義：單位質(zhì)量或體積中放射性核素的放射性活度。單位：Bq/kg;Bq/m3;Bq/l放射性活度（activity,A)定義：單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)A=dN/dt1Bq=1次×S-11Ci=3.7×1010Bq1Ci=1000mCi第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。原子。。。射線(βγn)物質(zhì)：氣體、液體、固體、包括人體等第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三Interactionsofchargedparticleswithmatter(α,β)Ionization電離Excitation激發(fā)Scattering散射Bremsstrahlung軔制輻射Interactionsof-raywithmatterPhotoelectriceffect光電效應Comptonscattering康普頓散射Pairproduction電子對生成第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三1.帶電粒子與物質(zhì)相互作用第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三光電效應康普頓效應電子對效應產(chǎn)生次級電子電離效應次級電子使物質(zhì)原子電離射線第1步初級作用第2步次級作用2.射線與物質(zhì)相互作用第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三

光電效應、康普頓效應、電子對生成第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三光電效應

自由電子作用機制：光子同(整個)原子作用把自己的全部能量傳遞給原子，殼層中某一電子獲得動能克服原子束縛跑出來，成為自由電子，光子本身消失了。

γ+AA*+e-

（光電子）

原子

A+X射線原子受激原子第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三電子對效應：能量≥1.02MeV的射線與原子核作用可能產(chǎn)生一對正負電子。

M＋→M+e++e-→

1+2

1.02MeVmeme0.511MeV0.511MeV基本條件：射線能量E≥1.02MeV為什麼？能量轉(zhuǎn)化成質(zhì)量M=E/C2第32頁，共35頁，2023年，2月20日，星期三正電子湮滅：正電子與負電子相遇發(fā)生湮滅，產(chǎn)生兩個0.511MeV的γ光子。

e++e-→