医用物理学（中山大学）CHAP14_原子核和放射性.pptVIP

第十四章 原子核和放射性 14-1 原子核的结构和性质 一、原子核的组成 : 质子(proton), 中子(neutron) ，统称核子。 原子核质量单位： 1u =1.660 539 040(20) ?10-27kg mp=1.672 621 898(21)?10-27kg mn=1.674 927 471(21)?10-27kg me=9.109 383 56(11)?10-31kg ＝1.007 276 466 879(91)u ＝1.008 664 915 88(49)u ＝0.000 548 579 909 070(16)u 原子核的质量数： A＝Z＋N (1) 核的组成 (2) 核的质量（2014年，CODATA） 二、原子核的性质 (1) 大小 实验测得： RH/r0 ~ 104, 月球公转轨道半径／地球半径 ~ 60 地球公转轨道半径／太阳半径 ~ 200 水星公转轨道半径／太阳半径 ~ 80 R =r0 A1/3, r0=1.2?10-15m , ? =2.3?1017kg/m3 (2) 密度 (3) 核子之间存在核力 (i) 强相互作用力 (ii) 短程力 (5) 原子核具有电矩和磁矩 (6) 核能级 , RH =0.53A= 5.3?10-11m 质子 r0~1.20?10-15m 原子核的符号： (4) 原子核带电量 q＝Ze 三、放射性核素和同位素 (1) 核素: Z同 A同的同一类原子核 (2) 同位素: Z同, (3) 同量异位素: A同Z不同, (4) 同质异能素: Z 同 A 同, 能态不同, 放射性同位素：结构不稳的、能自发放出射线的同位素。 如 如 如 天然放射性核素：Z83, 有58种，　　　　　　　　　　　　 等。 人工放射性核素：有1300多种。如11C，13N，15O，18F等。 四、结合能　原子核的稳定性 1．结合能和质量亏损 (1) 结合能: 核子与核子结合成原子核时, 释放出来的能量． mp+ mn= 2.015 941 u ?M=0.002 388 u 根据相对论, ?E=?M c2 (2) 质量亏损 : 原子核的质量与组成它的所有核子的质量差。 1u=931.5MeV 结合能 ?E = 931.5 ?M (MeV/u) 2. 原子核的稳定性 (1) 平均结合能 ?E/A 中等质量核最稳定 (2) 奇偶搭配 (3) 中质比 不稳定重核 (A209)：衰变或裂变， 不稳定轻核：聚变， 偶偶 ( 166 ) 奇偶 ( 110 ) 奇奇 ( 9 ) Z20: N:Z=1 Z20: N:Z1 14-2 原子核的放射性衰变 核衰变(nuclear decay): 不稳定的放射性核素能够自发地以各种方式转变成另外的核。 衰变前的核称为母核，衰变生成的新核称为子核。 放射性核素：包括天然放射性核素，人工放射性核素（人造核素、人工核素）都会发生核衰变。 核衰变类型: ?衰变、 ?衰变、?衰变. 核衰变遵守: (1) 质量能量守恒, (2) 动量守恒, (3) 核子数守恒, (4) 电荷守恒. 一、 ? 衰变 (? decay) 放射性核素放射出?射线而转变成另一种核素的现象叫做?衰变， ?射线就是高速运动的4He原子核 。 衰变方程: X母核，Y子核 ? 衰变的位移定则：子核在元素周期表中向前移动两位 二、?衰变 (? decay)和电子俘获(electron capture) ?衰变包括：?-衰变、 ?+衰变和电子俘获 1. ?- 衰变 放射性核素的原子核放射出?-射线变为另一种核素的现象 衰变方程: ?-衰变本质： ?-衰变的位移定则： 后移1位 。 发表在《物理评论》（Phys.Rev.Lett.89,061301，5August2002）上的一篇研究指出，科学家根据天文的观测结果提出了微中子的质量下限。 　　 　　微中子是基本粒子中的一种，共有三类：电子微中子，缈子微中子与涛微中子。起先提出的时候被认为是不具质量及电量的。但是根据目前的实验证据显示，微中子应该是具有质量的。不过质量到底是多少呢？微中子的质量过于微小，而且又不带电荷，所以科学家一直没有办法来实际测量出微中子的实际质量，只能使用间接的方法来估计它的质量上下限。利用氚的衰变，科学家估计电子微中子的质量上限约在2.2eV，而另外两种的质量上限约在MeV的数量级。 　　 　　由英国剑桥大学的OferLahav领衔的一组科学家利用天文观测的结果来估计微中子的质量上限。他们观测并估计宇宙中25万个银河的质量，而用这些数值来估计微中子的质量，因为他们认为微中子跟宇宙中的黑暗物质有关，若是微中子的质量过重，则会对可观测到的银河质量