核物理基础与辐射防护2.ppt

2009-05-30 第二章 原子核的放射性与核衰变 原子核衰变的主要方式 ?衰变 ?衰变(包括?－衰变、?＋衰变和电子俘获EC) ?衰变(或?跃迁)(包括内转换IC) 中子发射、质子发射、重核的自发裂变等 2.1 放射性衰变的基本规律 1、放射性的指数衰减规律 1、?衰变与中微子理论 Pauli 的假设 1930年12月4号，在一封信中, Pauli 暗示 b 衰变能谱可以通过在衰变中除了b 粒子，还发射出一个中性粒子，该粒子自旋为1/2，质量很小，与其他物质作用截面很小来解释。 他称这种粒子为 neutron. 这个假设挽救了 能量、动量 和角动量守恒定律。 新问题是Pauli预言的粒子存在吗？ EC 衰变发生的条件： 电荷数为 Z 的核素要发生EC衰变，则它的原子质量必须 比 它的电荷数为 Z－1 的同量异位素的原子质量大 。 由于： 所以，能发生 ?＋ 衰变的原子核总可以发生轨道电子俘获，反过来不成立。 EC衰变的后续过程： 特征X射线：K层电子少了一个，子核处于不稳定的激发状态，邻近的L层电子就会跳到K层来填充空位，从而发射出特征X射线，能量为K层和L层电子结合能之差值。 俄歇电子：不发射特征X射线，而是把这个能量转交给另一个L层电子，使之克服结合能而飞出。 2.4 ?跃迁 ?衰变：原子核从激发态通过发射?光子或其他过程跃迁到较低能态的过程。该过程核电荷数不变、核子数不变。 ? 跃迁的基本特点： ? 跃迁发射粒子能量在几KeV～十几 MeV ? 跃迁半衰期范围为，10-16s～10-4s ? 跃迁包括?跃迁和内转换电子两种形式。 ?跃迁是核能级之间的跃迁：　 　　 1、?跃迁 ?光子的性质： 自旋（玻色子） 动量 能量（动质量） 0 静止质量 衰变能： 反冲核动能 其中包括电多极跃迁和磁多极跃迁两类。 电跃迁主要是来自核中的电荷分布的贡献； 磁跃迁来自核中电荷运动造成的电流以及核子的磁矩的贡献。 ?跃迁机制： 按照量子电磁辐射理论， ?跃迁是由于处于激发态的核子与周围电磁场的相互作用，发射光子回到低激发态或基态的过程。 原子核从激发态向较低能级跃迁时不一定放出?光子，而是把这部分能量直接交给核外电子，使电子离开原子，这种现象称为内转换（IC）。　　 2、内转换电子 内转换电子能谱是分立的。 内转换电子主要来自原子的内电子层。 内转换效应与发射光子是相互竞争的。 εi是i层电子的结合能 忽略反冲核动能，内转换电子的动能为： 魏扎克公式。 可以算得： 1g有生命机体的C中含14C约6?1010个，每分钟发生衰变的14C约14个。 当生命结束后，生物体停止与大气的C交换。其体内14C不断衰变，数目不断减少。 而其体内12C的数目保持不变。 通过测量： 1、14C的??放射性活度， 2、测量14C核素数目， 都可以测定生物体死亡距今的年代。 加速器质谱(AMS)方法可以直接测量核素的数目。 断代方法：将古代样品含量比与现代参考样品含量比比较，可以确定生物体死亡距今的时间 t ： (2)、地质放射性鉴年法—— 利用长寿命核素的衰变 早期利用铀系、锕系等放射系，母体半衰期与地球年龄相当；后来发展利用40K、87Rb等长寿命核素。 设：岩石生成时刻t0，母核数Np(t0)，子核数Nd(t0)=0 测量时刻t1，母核数Np(t1)，子核数Nd(t1) (稳定) 由方程解得： 由母核衰变常数?、t1时刻子核母核数之比，就可求出样品年代。 令 (5)、短寿命核素发生器 核医学、放射医学等需要短寿命的放射性核素，如99mTc(T1/2=6.02h)、113mIn(T1/2=104m)等。 问题是：如何将生产的这些短寿命放射性核素运输到医院等需要使用它们的地方？ “母牛”：利用连续衰变系列。 母牛原理：寿命较长的核素不断产生短寿命子体，需要时，将子体分离出来，而母体继续不断衰变生长出子体。 例如： “母牛”。 由于T1/2(99Mo)T1/2(99mTc) ，体系可建立暂时平衡。 当 t=tm 时，子核放射性活度最大， 2.2 ?衰变 ?衰变：不稳定核自发地放出 ? 粒子而蜕变的过程. ? 放射性核素一般为重核，质量数140 ? 衰变放出的?粒子能量在4～9 MeV范围 ? 衰变半衰期范围很宽，10-7s～1015a ? 衰变基本特点： 1、?衰变能及?衰变发生的条件 2、?衰变过程中?粒子的动能 3、?衰变能与核能级的关系 4、?衰变能与衰变常数的关系 母核X 衰变为 子核Y 和 一个 a 粒