RADIATION AND PROTECTION 辐射与防护 RADIATION AND PROTECTION

主要内容： 1、辐射产生的物理基础与基本类型 2、测量辐射的基本参量 3、辐射的生物效应 4、辐射防护的基本方法与法规

第一章 物质的结构 高能粒子轰击原子 研究原子结构有两条途径 分析原子光谱 一、初期原子理论的实验基础 1、α 粒子散射实验 §1、原子结构 高能粒子轰击原子 研究原子结构有两条途径 分析原子光谱 一、初期原子理论的实验基础 1、α 粒子散射实验 观测α 粒子在原子核式模型中的散射

第一章 物质的结构 2、氢原子光谱的实验规律 原子光谱是研究了解原子内部结构的重要方法 (1) 氢原子光谱是彼此分裂的线状光谱， , A 6562.8 = a H , A 4861.3 = b H , A 4340.5 = g H (1) 氢原子光谱是彼此分裂的线状光谱， 每一条谱线具有确定的波长（或频率）

(2) 巴尔末公式 n=3, 4, 5, …..时，为H , H , H , …..谱线波长 令： 称为波数 单位长度内完整波的个数 1885年，瑞士一中学教师发现了氢原子光谱在可见光部分的规律 n=3, 4, 5, …..时，为H , H , H , …..谱线波长 令： 称为波数 单位长度内完整波的个数

(3) 里德伯公式(1889) （其它氢原子光谱的谱线） (4) 里兹并合原理 每一条谱线的波数都可以表示为两项之差 或 谱系 谱线 里德伯常数 （其它氢原子光谱的谱线） (4) 里兹并合原理 每一条谱线的波数都可以表示为两项之差 或 就被称为光谱项, n > k

（Niels Henrik David Bohr） 二 玻尔氢原子量子论 玻尔 （Niels Henrik David Bohr） （1885-1962） 卢瑟福原子模型 （原子的有核模型） 原子的稳定性问题？ 问题： 原子分立的线状光谱？

这些定态的能量： (1913 “论原子分子结构” 三条基本假设) 2 玻尔的氢原子理论 (1913 “论原子分子结构” 三条基本假设) （1）定态假设：原子系统只能处在一系列具有不连续能量的状态，在这些状态上电子虽然绕核做园周运动但并不向外辐射电磁波。这些状态称为原子系统的稳定状态（简称定态）。 这些定态的能量：

2 玻尔的氢原子理论 (1913 “论原子分子结构” 三条基本假设) （2）量子化条件：在这些稳定状态下电子绕核运动的轨道角动量的值，必须为 h / 2 的整数倍，是不连续的，即有：

(1913 “论原子分子结构” 三条基本假设) （3）跃迁假设： —— 辐射频率公式 2 玻尔的氢原子理论 电子从一个能量为En 稳定态跃迁 到另一能量为Ek 稳定态时，要吸收或发射一个频率为 的光子，有： —— 辐射频率公式

氢原子轨道半径的计算 由量子化条件及牛顿定律： 玻尔半径 角动量量子化 库仑力=向心力 轨道量子化 n=4 n=3 m n=2 n=1 r1

E1 E2 E3 E4 r v m 能量的计算 电子在量子数为n的轨道上运动时，原子系统总能量是 其它激发态： 能量是量子化的 基态能量

3 氢原子光谱的理论解释 从其它能级到同一能级的跃迁属于同一谱线系 -8.5eV -1.5eV -3.39eV -13.6eV 布拉开系 帕邢系 巴尔末系 从其它能级到同一能级的跃迁属于同一谱线系 赖曼系

三 核外的电子结构 氢原子中，电子的势能函数： + r 量子化条件和量子数

1 能量量子化和主量子数 主量子数 n 1） 能量是量子化的 2） 当 时，En 连续值

2 角动量量子化和角量子数 电子绕核运动轨道角动量必须满足量子化条件： 角(副)量子数 l

3 轨道角动量空间量子化和磁量子数 电子绕核运动的轨道角动量 L 的方向在空间的取向是量子化的,角动量L 在外磁场方向的投影LZ必须满足量子化条件： 决定角动量方向, 对应 一定的角量子数 l , ml= 2l + 1 ,角动量L在空间有2l + 1个不同取向。 磁量子数 ml

例1 B(z) m = 2 m = 1 m = 0 m = -1 m = -2

s 4 电子的自旋和自旋磁量子数 N 用s态（l = 0）银原子无论有无磁场应该都只有一条！ 斯特恩 － 盖拉赫实验（1921年） 用s态（l = 0）银原子无论有无磁场应该都只有一条！ 实验结果：有磁场时，底板上是呈对称分布的两条纹。

4 电子的自旋和自旋磁量子数 电子还应具有自旋角动量。自旋角动量与轨道角动量相似，也是量子化的。 自旋角动量在z轴的分量

※原子的壳层结构 电子状态由四个量子数决定 1) 主 量 子 数 n , n = 1, 2, 3, … 大体上决定原子中的电子的能量 2) 轨道角量子数 l , l = 0, 1, 2, …, ( n – 1 ) 决定电子的轨道角动量, 对能量也有影响 3) 轨道磁量子数 ml , m l = 0, 1,  2, …,  l 决定轨道角动量在外磁场方向上的分量 4) 自旋磁量子数 ms , m s =  1/2 决定电子自旋角动量在外磁场方向上的分量

一. 原子核组成 原子核 统称核子 数目A 同位素 同中子异核素 同量异位素 同质异能素 §2、原子核结构 质子(p) 数目Z + 原子核 统称核子 数目A 中子(n) 数目N 核素 表示原子核种类 同位素 — 相同质子 Z, 不同中子 N 同中子异核素 同量异位素 同质异能素

§2、原子核结构 原子质量单位 ()

二. 原子核尺寸与核力 *核尺寸 *核密度

二. 原子核尺寸与核力 *核力 (1) 与电荷电量无关 (2) 短程性、饱和性 (3) 是强相互作用力

 三.原子核结合能  1 质量亏损 Total energy ！ 例2 求自由核子相对碳原子核的质量亏损 From E = mc2

三.原子核结合能 例3： 某核电站每年发电约为 1010度(=3.61016J)。若这些能量全部由静态质量转换而成，求每年耗损的核材料? 解： ~ 4×109 kg coal

三.原子核结合能 2、 原子核结合能 是否结合能 ΔE越大, 原子核越稳定 ??? 自由状态的单个核子结合成原子核时所释放出来的能量，（或原子核分解成单个自由核子所需要的能量）称为原子核的结合能。 是否结合能 ΔE越大, 原子核越稳定 ???

Average binding energy 3、 原子核的稳定性-平均结合能 + + + + + + 4、原子核的能级 0 40 80 120 160 200 240 8642 Average binding energy fusion fission