RADIATION AND PROTECTION

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1 RADIATION AND PROTECTION
辐射与防护 RADIATION AND PROTECTION

2 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

3 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

4 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）

5 (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

6 (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

7 （Niels Henrik David Bohr）
二 玻尔氢原子量子论 玻尔 （Niels Henrik David Bohr） （ ） 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？

8 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：

9 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：

10 (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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

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

19 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。

20 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

21 ※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

22 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

23 §2、原子核结构 原子质量单位 ()

24 二. 原子核尺寸与核力 *核尺寸 *核密度

25 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

26  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

27 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

28 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 ???

29 Average binding energy
3、 原子核的稳定性-平均结合能 + + + + + + 4、原子核的能级 8642 Average binding energy fusion fission