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

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1 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

2 §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。

3 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)

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

5 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）

6 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。

7 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

8 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

9 粒子飞出的动能 α粒子 1. 衰变 母核 子核 例：

10 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：

11 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：

12 跃迁和内转换 ——核从高能态向低能态跃迁放出 光 子的过程

13

14 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。

15 四、 能谱  能谱—连续谱 E0/3处的粒子最多 平均能量接近E0/3

16 §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

17 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）

18 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

19 2. 半衰期(half-life) ——放射性核数衰减一半所需的时间T

20 衰变定律半衰期表达式

21 三、平均寿命

22 衰变定律曲线 > < <

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

24 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

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

26 【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】

27 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)。

28 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

29 §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

30 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

31 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）

32 二、射程和吸收规律 1.射程 空气对α射线的吸收曲线

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34 β射线的吸收曲线

35 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

36 §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

37 §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

38 2.闪烁计数器

39 二、放射性核素成象 1. 照相机

40 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

41 本章小结 1.核素、同位素、同质异能素 2. 衰变 3. 衰变

42 4. EC 5. 跃迁和内转换

43 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 ci=3.7×1010 Bq

44 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