核物理和粒子物理PPT課件

1、29.0 概述 原子核物理學(xué)是研究原子核的結(jié)構(gòu)、特性及其相互轉(zhuǎn)變的科學(xué)。從1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾原子的放射性和1911年盧瑟福提出原子核型結(jié)構(gòu)之后，經(jīng)過大半個世紀(jì)的探索和研究，核理論和核技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，導(dǎo)致了原子能和同位素的應(yīng)用。 在醫(yī)學(xué)上，放射性同位素已用于對疾病的診斷、治療和研究，形成了專門的學(xué)科-核醫(yī)學(xué)。第1頁/共18頁29.1 原子核的基本性質(zhì)C106 . 119ekg106748. 127nm29.1.1 原子核的組成、質(zhì)量和大小一、原子核(又稱為核素)的組成-由質(zhì)子和中子組成。 質(zhì)子以p表示，帶正電，電量為 ，質(zhì)量為 ，用原子質(zhì)量單位表示為1.007276u； 中子以n表示

2、，不帶電，質(zhì)量為 ，用原子質(zhì)量單位表示為1.008665u. kg1067254. 127pm統(tǒng)稱為核子第2頁/共18頁二、原子核的表示-核素種類很多，通常表示為電荷數(shù)是質(zhì)子的個數(shù)，等于原子序數(shù)核素 質(zhì)量數(shù)是質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的總和XAZ，O如168C126三、原子核的大小3/10ARR m102 . 1150R30303034u334u3434RARAARMRMVM317mkg10第3頁/共18頁四、同位素、同量異位素和同量異能素-質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的核素叫同位素，在元素周期表中占據(jù)同一位置，化學(xué)性質(zhì)相同。如-質(zhì)量數(shù)相同而質(zhì)子數(shù)不同的核素叫同量異位素，如-質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)相同而處于不同能態(tài)的

3、核素叫同質(zhì)異能素，通常在元素符號右上角標(biāo)以m，如H、H、H312111N和C147146m9943Tc五、核力-核子之間的相互作用力，不是電磁力，不是萬有引力，是短程力，是強(qiáng)吸引力，具有飽和性。第4頁/共18頁XnpmmZAZmm)(一、質(zhì)量虧損-由質(zhì)子和中子組成的原子核的質(zhì)量小于質(zhì) 子和中子的質(zhì)量和，二者之差稱為質(zhì)量虧損。二、結(jié)合能-由相對論的質(zhì)能關(guān)系知，質(zhì)量變化有對應(yīng) 的能量變化，核子組成原子核時的質(zhì)量虧損以能量 形式放出，這個能量稱為結(jié)合能。結(jié)合能與核子總 數(shù)之比稱為比結(jié)合能。2mcEAE(17-1)(17-2)1u的質(zhì)量虧損對應(yīng) 931.5MeV 的結(jié)合能17.1.3 質(zhì)量虧損和結(jié)合能

4、第5頁/共18頁例17-1 已知 的原子質(zhì)量為235.11700u，試計算其質(zhì) 量虧損、結(jié)合能、比結(jié)合能。U23592解：原子核的質(zhì)量等于原子質(zhì)量減去電子質(zhì)量， 的 A=235，Z=92，電子有92個，所以它的質(zhì)量為U23592u235.066492920.000549u-235.1170uUmXnpmmZAZmm)(066492.235008665. 1)92235(007276. 192u841995. 1(MeV)818.1715841995. 15 .9312mcEMeV30135. 7235818.1715AE第6頁/共18頁17.2 原子核的衰變類型核衰變-放射性核素自發(fā)地放射出某

5、種射線而變?yōu)榱硪环N核素的現(xiàn)象。放射性核素分為天然放射性核素和人工放射性核素兩種。 -核衰變過程遵守電荷守恒、質(zhì)量守恒、能量守恒、動量守恒和核子數(shù)守恒。 -核衰變有三種類型， 衰變、 衰變、 躍遷和內(nèi)轉(zhuǎn)換。第7頁/共18頁原子核放射出高速 粒子流( 射線)而衰變?yōu)榱硪环N原子核的過程。 - 粒子就是氦核( )，由兩個質(zhì)子和兩個中子組成。 衰變前的原子核稱為母核(母體)，衰變后的原子核稱為子核(子體)。 衰變的位移定則為 He42QHeRnRa如422248622688衰變能子核母核QAZHeYX424-A2-Z(17-3)在元素周期表中子核前移兩位17.2.1 衰變 第8頁/共18頁 原子核放射出

6、高速電子流( 射線)或高速正電子流( 射線)或俘獲一個核外電子而衰變?yōu)榱硪环N原子核的過程。 - 粒子就是負(fù)電子( )， 粒子就是正電子( ) 。e01e011. 衰變的位移定則為 衰變能子核母核QAZ0001A1ZeYX(17-4)反中微子Q000132163215eSP如在元素周期表中子核后移一位17.2.2 衰變 第9頁/共18頁2. 衰變的位移定則為 衰變能子核母核QAZ0001A1ZeYX(17-5)中微子Q0001136137eCN如在元素周期表中子核前移一位在元素周期表中子核前移一位3. 電子俘獲的位移定則為 衰變能子核母核QAZ00A1Z01YXe(17-6)中微子Q005525

7、552601MnFee如第10頁/共18頁 處于激發(fā)態(tài)的放射性核素向低能態(tài)躍遷，有時不是放射出 光子，而是把能量交給核外電子，使電子飛出，這種過程稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換。 當(dāng)放射性核素處于激發(fā)態(tài)時，它將放射出 光子( 射線)并從激發(fā)態(tài)躍遷低能態(tài)或基態(tài)，這一過程稱為 躍遷。 射線是一種波長比X射線更短的電磁波，在 衰變、 衰變的過程中都伴有 躍遷。 躍遷屬于同質(zhì)異能躍遷，子核和母核相同。 躍遷可表示為QTcTc如9943m9943QXXAZmAZ(17-7)17.2.3 躍遷和內(nèi)轉(zhuǎn)換第11頁/共18頁tNNdd(17-8)衰變常數(shù)反映核素衰變的快慢teNN0(17-9)t 時刻核的數(shù)目t=0時核的數(shù)目17.

8、3.1衰變規(guī)律-對于某一個原子核，無法確定它何時衰變，對于數(shù)量很多的原子核，衰變情況符合統(tǒng)計規(guī)律。 t 時刻有核 N 個，在d t 時間內(nèi)因衰變而減少了 d N個。 d N與N、d t 成正比整理并積分得17.3 原子核的衰變規(guī)律第12頁/共18頁17.3.2 半衰期 核的數(shù)目因衰變減少到原來的一半所經(jīng)歷的時間，用 表示TeNN002則有，N，NTt2時0(17-10)693. 02lnT兩邊取對數(shù)，得T 平均壽命-一個核在衰變前存在的時間叫這個核的壽命， 個核在衰變前平均存在的時間叫這種核素的平均壽命，用 表示。0N 時間內(nèi)有 個核衰變，即這 個核的壽命為 ，它們的總壽命為 .tttd )d

9、(dtNNNt dtNd第13頁/共18頁 將 個核的壽命加起來除以 ，即得這種核素的平均壽命0N0N0000)d(1d10tNtNNtNN0001dtteNNt(17-11)TT44. 1693. 01平均壽命與半衰期的關(guān)系為生物半衰期和生物衰變常數(shù)-人體內(nèi)的核素由于代謝而排泄出體外使核素的數(shù)目減少。第14頁/共18頁-單位時間衰變的原子核的數(shù)目，稱為放射源的放射性活度或放射性強(qiáng)度，用 A 表示。tteAeNNA00(17-12)NtNAdd時的放射性活度0是00tNA(17-13)放射性活度的SI制單位：貝克勒爾，用 B q表示。1秒次核衰變1Bq1Bq107 . 3Ci110Ci10mCi10Ci163曾經(jīng)用29.2.3 放射性活度(放射性強(qiáng)度)第15頁/共18頁例29.2 已知鐳 的半衰期為1600年，求它的衰 變常數(shù)和 1克鐳的放射性活度。解：由式(11-10)可得衰變常數(shù)為)s (104 . 13600243651600693. 0693. 011121T鐳的質(zhì)量數(shù)為226，則 1g 鐳的原子核的數(shù)目為2310022.6質(zhì)量數(shù)(g)質(zhì)量N1Ci(Bq)107 . 31066. 2104 . 1102111NA21231066.210022.62261Ra22688原子核的個數(shù)與核素質(zhì)量的關(guān)系第16頁/共18頁