核物理基础知识及辐射防护ppt课件.ppt

核能发电站 核动力潜艇 核动力汽车 军事领域 第一章 核物理 第一节 原子结构 第二节 放射性衰变 第三节 射线与物质的相互作用 原子组成 自然界物质的最小单元称为该物质的分子。 分子由原子组成，原子由原子核和绕核高速运转的核外电子构成。 原子核分为质子和中子。 通常以N代表中子数，以Z代表质子数，A代表原子的质量数(mass number)，以X代表元素符号，则原子结构可表示为： ，通常可省略为AX。例如：53131I78可省略为131I。在中性原子中，Z等于原子核内的质子数、核电荷数、原子序数、核外电子数，A=Z+N。 核能态 原子具有不连续的能量状态，称为原子核的 能级。 能量处于最低的稳定能级状态称为基态（groud state）； 原子核在某些核反应、核裂变及放射性衰变后处于较高的能级状态称为激发态（excited state）。 激发态的原子一般不稳定，随即通过放出光子的形式释放过剩能量回复到基态。 基本概念 Basic concept 核素（Nuclide）:凡原子核内质子数、中子数和能量状态均相同的一类原子，统称为核素。目前已知的核素有2300多种。 质子数、中子数和能态这三者中，只要有任何一项特征不同即为不同的核素。凡核内质子数相同的一类原子称为一种元素。故每种元素可以包括若干种核素。 基本概念 Basic concept 同位素（Isotope）:凡核内质子数相同(原子序数相同),而中子数(N)不同的一类原子，彼此互称同位素,如11C、12C、13C、14C均是碳元素的同位素，1H、2H、3H均是氢元素的同位素，而14C和14N则不是同位素。 同质异能素（Isomer）:核内质子数和中子数均相同，但所处核能状态不同的原子。激发态的原子与基态的原子互为同质异能素，如99Tc与99mTc。 。 稳定性与放射性核素 原子核的质子和中子统称为核子（nucleon）。 在原子核内，带正电荷的质子之间存在着相互排斥的库仑斥力（coulomb force）。 核力：原子核的核子之间存在的很强的短程引力。核力使原子核中的核子结合在一起。 原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例密切相关。 稳定性与放射性核素 只有当中子数和质子数的比例在一定的范围内才能使这两种力平衡，原子核才是稳定的。 对于Z较少的核素，Z/N=1的是稳定性核素。稳定性核素不会自发地发出射线而衰变。 当质子数较多时（一般为Z20）,库仑斥力增大，就需要增加更多的中子数才能使核力和斥力保持平衡，因而N/Z1。 当Z83，核力不能与质子之间的斥力保持平衡，全是不稳定的核素。 稳定性与放射性核素 凡原子核稳定，不会自发地发出射线而衰变的核素称为稳定核素（stable nuclide）； 原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素（radionuclide）。 放射性衰变（radiation decay) 放射性衰变（radiation decay)：放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发地释放出一种或一种以上射线，并转变为另一种核素的过程。简称核衰变。 稳定性核素和放射性核素一般以半衰期10的9次方年（109 a ）为界。 §2 .1 核衰变类型（nuclear decay) 一、α衰变(alpha decay) 二、β衰变(beta decay) 三、正电子衰变（positron decay） 四、电子俘获（electron capture，EC） 五、γ衰变(γdecay) α衰变 Alpha(α)decay 放射性核衰变时释放出α射线的衰变。 α射线实质上是氦核（He）组成； β衰变 Beta decay 原子核释放出β射线而发生的衰变称为β衰变 。 β衰变时放射出的β射线分为β－射线、β＋射线。 β衰变后核素的原子序数可增加或减少，但质量数不变。 β粒子的速度为30万km/s。 β－衰变 （β- decay） 衰变时放射出β－粒子。 核内中子过多造成的不平衡。 中子转化为质子的过程。 β－粒子的能量分布从0～最大具有连续能谱，穿透力比a粒子大，如2MeV的β－射线在软组织中的射程为厘米水平； 电离能量比a粒子弱，能被铝和机体吸收。 可用于治疗，如I-131用于甲状腺疾病的治疗，P-32可用于真性红细胞增多症的治疗。 正电子衰变（ β＋ decay） 原子核衰变时释放出β＋射线（正电子）的衰变方式正电子衰变（positron decay）。 核内中子过少致不平衡。 质子转化为中子过程。 正电子衰变（ β＋ decay） β+衰变发生于核内中子数相对过少或认为是质子过剩的放射性核素。 这时核内