大学物理第18章 原子核与放射性.pptVIP

18.4.1　辐射剂量 1. 照射量 照射量只适用于X射线和 射线，表示它们对空气的电离能力，用E表示，即 2．吸收剂量 吸收剂量可以应用于任何类型的电离辐射，它是指单位质量的受照物质所吸收电离辐射的能量，用D表示，即 3．品质因数与剂量当量 吸收剂量是用来说明生物体受照射而产生的生物效应重要的物理量。 除此之外，辐射类型也能影响生物效应。 对不同类型的辐射，即使具有相同的吸收剂量，产生的生物效应也不同，即辐射对生物体的伤害程度与辐射能量的分布及电离程度有关。 第18章 原子核与放射性 原子核的基本性质 18.1 原子核的衰变类型 18.2 18.1 原子核的基本性质 18.1.1 原子核的组成 质子数和中子数相同且能量状态也相同的一类原子核或原子的集合称为核素。核素可分为两大类。 一类是稳定性核素，它能够稳定存在，不会自发地变化。 另一类是不稳定核素，也称为放射性核素，它能自发地放射出射线而转变为另一种核素。 18.1.2 原子核的性质 原子核是由质子和中子组成的，质子之间存在着库仑斥力。 因而必然存在一种引力将所有核子结合在一起，这种引力称为核力。 核子之间由于核力的作用而紧密结合在一起，核力作用距离为 m范围内，核力是短程力，它是一种强相互作用力，是比万有引力和电磁力大得多。 原子核除了带电荷、有质量外，还有自旋角动量和磁距。 原子核处在不同的能量状态称为原子核的能级，原子核可以发生能级之间的跃迁。 18.1.3 原子核的稳定性 1. 原子核的质量 原子核的体积很小，但几乎集中了原子的全部质量。 通常通过测定原子的质量来推得原子核的质量，原子的质量等于原子核的质量加上核外电子的质量，再减去相当电子全部结合能的数量。 如果忽略与核外全部电子结合能相联系的质量，则原子核的质量 近似地等于原子质量M与核外电子质量 之差。 2．原子核的结合能 原子核既然是由质子和中子组成的，它的质量应等于全部核子质量之和，但实际测量结果表明，原子核的质量小于组成它的核子质量之和。 这个差值称为原子核的质量亏损，用 表示。根据相对论的质能关系定律：当物体的质量发生 的变化时，相应的能量也发生了 的变化，其变化规律为 与质量亏损相联系的能量表示核子在组成原子核的过程中所释放出的能量，称为原子核的结合能。如氘的结合能为2.23 MeV。 18.2 原子核的衰变类型 放射性核素自发地发出某种射线而转变为另一种核素的现象，称为原子核的衰变。 原子核的衰变过程严格遵守质量和能量守恒、动量守恒、电荷守恒和核子数守恒定律。 18.2.1 衰变 图18-1 衰变 18.2.2 β衰变 β衰变包括 衰变和 衰变以及电子俘获3种类型。 1． 衰变 图18-2 衰变 2． 衰变 图18-3 衰变 3.电子俘获 原子核俘获一个核外电子，使核内的一个质子转变为中子，同时放出一个中微子的过程称为电子俘获，用EC表示。该过程方程为 图18-4 电子俘获 18.2.3 衰变和内转换 1. ? 衰变 原子核由高能级跃迁到低能级时，发出 光子的过程称为 衰变。在大多数情况下，原子核处于激发态的时间极短，约为 。 衰变方程为 2. 内转换 原子核从高能级向低能级跃迁时，不一定放出 光子，而是将能量直接传递给核外的内层电子，使其脱离原子核的束缚成为自由电子，这一过程称为内转换。 发射出的电子称为内转换电子。 内转换电子主要来自K层电子，也有L层或其他壳层电子。 18.3 放射性核素的衰变规律 18.3.1 衰变规律 设 时刻原子核的数目为N0 ，t时刻时数目为N，经过dt时间后，其中有dN个核衰变了。理论和实验表明，放射性核素的衰变率与现有的原子核的个数N成正比，即 18.3.2 半衰期和平均寿命 1. 半衰期 （1）物理半衰期。放射性核素的原子核数目衰变掉一半所需要的时间称为核素的半衰期。原子核按自身衰变规律所具有的半衰期称为物理半衰期，简称半衰期，用符号T表示。根据定义，当t=T时，N=N0/2，代入式（18-10），得 图18-5 放射性核素的衰变规律 （2）生物半衰期。当放射性核素引入生物体内时，还会由于生物体的代谢和排泄而使核数量减少。生物体内的放射性核素的原子核