第十章原子核物理 掌握：衰变定律、衰变常数、半衰期、放射性活 度、带电粒子与物质的相互作用 熟悉：电离比值 放射性核衰变类型 熟悉：电离比值 放射性核衰变类型 了解：β能谱 放射平衡 放射性核素在医学上 的应用、放射性核素的探测和成象

§1 原子核衰变 一、原子核的组成 同一种元素可具有不同原子核：如天然 存在的铀元素，有中子数分别为142、143、 146三种原子核。

1.核素(nuclide) ——具有一定中子数、质子数和一定能量状 态的原子核 符号表示： 质量数＝Z(质子数)＋N(中子数) 元素符号 电荷数Z(质子数)

2.同位素(isotope) ——电荷数相同质量数不同的核素 例： （氕） （氘） （氚）

3.同质异能素(isomer) ——电荷数和质量数相同但能量状态不同 的核素 例： （以m表示原子核处于寿命较长能级较 高的激发态）

二、核的稳定性 中等质量的核的核子平均结合能比轻核和 重核都大，因此中等核最稳定。 Z < 20 N / Z ≈ 1 最常见的稳定核的中子-质子图 Z < 20 N / Z ≈ 1 Z > 20 N / Z≈ 1.5 Z=82的铅(Pb)以后，天然存在的核素都具有放射性。

表10-2 稳定核素数目与核子奇偶性关系 Z N 稳定核数 偶 163 奇 57 50 4 Z N 稳定核数 偶 163 奇 57 50 4

三、放射性核素的衰变类型 核衰变——原子核自发地放射某种射线而转 变成其它核素 如： 天然放射性核素 从反应堆和加速器 产生的放射性核素

粒子飞出的动能 α粒子 1. 衰变 母核 子核 例：

2. 衰变和电子俘获(electron capture-EC) 衰变位移法则： β－粒子 反中微子 β+粒子 中微子 例：

核如果因质子过多而不稳定时，除通过 + 衰变 来调整外，还可以以电子俘获(electron capture-EC) EC位移法则： 例：

3. 跃迁和内转换 ——核从高能态向低能态跃迁放出 光 子的过程

内转换(internal conversion) ——核从高能态向低能态跃迁将能量 传递给核外电子的过程 原子核激发态的寿命通常是非常短的， 大约在10-13秒内就完全衰变到基态。因此这 些  光子和内转换电子可以看成是伴随  或  粒子发出的。

四、 能谱  能谱—连续谱 E0/3处的粒子最多 平均能量接近E0/3

§2 放射性衰变规律 一、衰变定律和衰变常数 1.放射性衰变定律(law of radioactive decay) 设 t 时刻母体核数为N，dt 时间内衰减掉 核数dN，则

2. 衰变常数 单位：1/s （ 单位时间内衰变掉的母核数和该时刻存在 的母体核总数之比——每个原子核单位时 间内衰变的概率）

λ是表征核衰变速度的物理量，其值 由核素本身决定 如： λ的大小决定了核衰变的快慢，λ越 大，衰变越快；反之，则越慢

2. 半衰期(half-life) ——放射性核数衰减一半所需的时间T

衰变定律半衰期表达式

三、平均寿命

衰变定律曲线 > < <

的半衰期 T = 5.27年,其衰变常数  = ,平均寿命  = . 7.59年 0.132/年

四、放射性活度(radioactivity) ——放射源在单位时间内发生衰变的核 数，也称放射性强度

单位：贝克勒尔 1Bq=1s-1 （每秒有一个核衰变） 居里 1ci=3.7×1010 Bq 毫居里 1mci=3.7×107 Bq

【例】放射性物质中有两种放射性核素，T1 为一天，T2为8天，刚开始时A01为A02的128倍， 经过多少时间A1和A2相等？ 【解】

五、放射平衡 母体核 子体核 孙代子体 放射系 在母体的半衰期大于子体半衰期的情况 下，经过相当时间后，子体每秒衰变的核素 子体核 孙代子体 放射系 在母体的半衰期大于子体半衰期的情况 下，经过相当时间后，子体每秒衰变的核素 将等于它从母体衰变而得到补充的核数，子 体的核数不再增加，达到放射平衡 (radioactive equilibrium)。

单位时间内衰变掉的母体核数 单位时间内子体核数的净增加率为 解上式微分方程 若t＝0时，N2＝N20＝0 t ＞ 5T2 若1＜＜ 2，则 2-1  2 得

§3 射线与物质的相互作用 一、带电粒子和物质的相互作用方式 1.电离和电离比值 电离比值(Specific Ionization SI) §3 射线与物质的相互作用 一、带电粒子和物质的相互作用方式 1.电离和电离比值 电离比值(Specific Ionization SI) ——每厘米路径上所产生的离子对数 线性能量转移(Linear Energy Transfer LET) ——每单位径迹长度上的能量损耗,也称传 能线密度 LET=SI×W

电离比值与带电粒子的速度成反比、 电荷和物质的密度成正比 同一物质中，相同能量的α粒子的电离比值比β粒子大得多

2.散射和轫致辐射 β粒子质量小、散射角大，散射作用大 于α粒子 辐射损失和质量平方成反比， β粒子轫 致辐射大于α粒子 辐射损失和原子序数平方成正比，对β 射线的防护宜采用原子序数较低的材料（铝、 有机玻璃等）

二、射程和吸收规律 1.射程 空气对α射线的吸收曲线

β射线的吸收曲线

α粒子电离比值大、速度小、射程短； β粒子电离比值小、速度大、射程长 在外照射的情况下， 粒子的危害性不 大，易于防护， 粒子的危害大得多 内照射时， 粒子的电离比值大，伤害 很集中

§4 放射性核素在医学上的应用 一、临床核素检查——示踪原子 二、放射性同位素治疗 用放射性同位素标记药物进入人体后， 通过体外探测诊断和了解疾病情况 二、放射性同位素治疗 利用射线对肌体组织的破坏作用，合理 地照射某些疾病部位，达到控制发展直至破 坏熄灭的目的

§5 放射性核素的探测和 成象系统 一、射线的探测 1.半导体探测器

2.闪烁计数器

二、放射性核素成象 1. 照相机

2.发射型计算机断层(ECT) 利用待检器官吸收放射性核素放出 的射线，建成影象，使图象更准确

本章小结 1.核素、同位素、同质异能素 2. 衰变 3. 衰变

4. EC 5. 跃迁和内转换

6. 放射性衰变定律 7. 衰变常数、半衰期 8. 放射性活度 单位：贝克勒尔 1Bq=1s-1 居里 1ci=3.7×1010 Bq

10.α、β粒子和物质的相互作用 电离比值、散射作用、射程 防护、伤害程度 11. 放射性核素在医学上的应用 12. 放射性核素的探测和成象系统