放射化學基礎第2章ppt課件.ppt

放射化學基礎 教師 劉曉輝 第2章基礎知識第1節(jié)原子核和粒子物理 1 原子核的組成 核子 質子和中子的統(tǒng)稱 核力 在原子核中的質子 質子 質子 中子和中子 中子間存在強度相同的強相互作用 質子 1H的原子核 中子 不帶電 質量與質子相近的核子 質子和中子是核子的兩種不同狀態(tài) 單個原子核的質量很小 使用kg或g作單位不便于使用 在原子核物理中引入原子質量單位 Atomicmassunit u 規(guī)定1u等于一個12C原子質量的1 12 a 磁矩分布半徑 b 電子經典半徑 核物質 nuclearmatter 由無限多等量中子和質子組成的 密度均勻的物質稱為核物質 核物質有兩個主要特點 每個核子的平均結合能與核子的數(shù)目無關 核物質的密度與核子的數(shù)目無關 有時泛指由核子組成的 密度與原子核相似的物質為核物質 按每個核子的質量mN為1 66 10 24g計算核物質的密度為 1 66 1014 g cm 3 每立方厘米的核物質有億噸重 大得驚人 中子星是宇宙中密度最大 1014g cm3 的一種天體 每個中子星實質上是由95 的中子 少量質子和電子組成的巨大原子核 2 核素核素 nuclide 具有相同的質子數(shù)Z 相同的中子數(shù)N 處于相同的能量狀態(tài)且壽命可測的一類原子稱為核素 核子數(shù) 質量數(shù) 原子序數(shù) 若不是表示核反應式中的核素時 可省略 中子數(shù) 可省略 元素符號 A 質量數(shù) massnumber Z 原子序數(shù) 質子數(shù) 電荷數(shù) atomicnumber protonnumber chargenumber N 中子數(shù) neutronnuber A Z N 同位素 isotope 質子數(shù)相同 中子數(shù)不同的兩個或多個核素 同中子異位素 同中子異荷素 isotone 中子數(shù)相同 質子數(shù)不同的核素 同量異位素 同質異位素 isobar 質量數(shù)相同 質子數(shù)不同的核素 同質異能素 isomer 屬同一種原子核但處于不同的能量狀態(tài)且其壽命可以用儀器測量的兩個或多個核素 鏡像素 mirrornuclei 若兩個核素的Z N和A之間存在關系 Z1 N2 Z2 N1 A1 A2 稱這兩個核素為鏡像素 3 核素的特性 自然界中81種元素 Z 1 83 除43Tc和61Pm 有穩(wěn)定同位素 10種元素 Z 84 94 除93Np 有天然放射性核素 24種元素 Z 43 61 93 95 112 114 116 118 只能人工合成 穩(wěn)定核素 285 12C 14N 16O 包括32種t1 2 1 1011a 7種t1 2 7 1 108a 4 8 1010a 原生天然放射性核素 30 238U 40K 87Rb 次生天然放射性核素 46 226Ra 234Th 誘發(fā)天然放射性核素 10 3H 14C 人工放射性核素 2500 60Co 137Cs 237Np 99Tc 總共已發(fā)現(xiàn)核素約3000種 核素圖 將所有核素排列在一張以N為橫坐標 以Z為縱坐標的圖 核素圖上 可以發(fā)現(xiàn) 穩(wěn)定核素幾乎全部位于一條光滑的曲線或緊靠該曲線的兩側 這條曲線稱為 穩(wěn)定線 其余2710余種不穩(wěn)定核素分布在 穩(wěn)定線的上下兩邊 位于 穩(wěn)定線上側的是缺中子核素 neutron deficientnuclide 其邊界為質子滴線 protondripline 此處質子開始泄漏 位于 穩(wěn)定線下側的是豐中子核素 neutron richnuclide 其邊界為中子滴線 neutrondripline 此處中子開始泄漏 核素圖 Stabilityline 2710 285 3000 通過對穩(wěn)定核素的統(tǒng)計分析表明 核子更樂意以成對的方式存在于原子核內 當元素的質子數(shù)為8 20 28 50 82時 該元素的穩(wěn)定同位素的數(shù)目比相鄰元素的多 當元素的中子數(shù)為20 28 50 82時 該元素的穩(wěn)定同中子異位素的數(shù)目比相鄰元素的多 在中 重元素區(qū) Z 32 中子數(shù)為偶數(shù)的穩(wěn)定同位素的數(shù)目較多 質子或中子數(shù)為幻數(shù)的核素在地殼 隕石或星球中的含量比相鄰核素高 推斷 核子數(shù)為幻數(shù)的原子核特別穩(wěn)定 核中存在殼層結構 核子的填充會達到殼層的閉合 質子的幻數(shù)為 2 8 20 28 50 82中子的幻數(shù)為 2 8 20 28 50 82 126 第2章基礎知識第2節(jié)放射性 1 放射性衰變原子自發(fā)地發(fā)射粒子 如 p 14C等 或電磁輻射 俘獲核外電子 或自發(fā)裂變的現(xiàn)象稱為放射性 radioactivity 這種核轉變稱為放射性衰變 radioactivedecay 或核衰變 nucleardecay 具有這種性質的核素稱為放射性核素 radionuclide 衰變服從指數(shù)衰減規(guī)律 衰變常數(shù) 單位時間內一個放射性核發(fā)生衰變的概率 半衰期 T1 2 放射性原子核的數(shù)目衰減一半所需要的時間 平均壽命 放射性原子核的平均生存時間 放射性原子核的數(shù)目衰減到初始數(shù)目1 e所需的時間 2 核輻射測量單位 1 放射性物質活度 重量 單位放射性核素的活度是指在給定時刻 處于特定能態(tài)的一定量放射性核素在單位時間發(fā)生自發(fā)核躍遷到期望值 貝克勒爾 Bq 1Bq表示1秒鐘躍遷 衰變 1次 Bq是國際法定計量單位 居里 Ci 1Ci表示1秒鐘躍遷 衰變 3 7 1010次 1g純226Ra1秒鐘躍遷次數(shù) 即1Ci 3 7 1010Bq另1mCi 10 3Ci1 Ci 10 6Ci1pCi 10 12Ci Ci不是國際法定計量單位 現(xiàn)已廢除 2 放射性物質含量 濃度 單位放射性比活度 單位質量物質中某放射性核素的活度 固體物質Bq kgg gg t 國際法定計量單位 液體或氣體物質Bq LBq m3g LCi L愛曼 em 1em 10 10Ci L 3 7Bq L 國際法定計量單位 已廢除 3 放射性衰變類型 1 衰變 2 衰變 3 同質異能躍遷 4 簇放射性分支衰變 第2章基礎知識第3節(jié)核反應 1 核反應概述核反應 nuclearreaction 粒子 包括原子核 與原子核碰撞導致原子核的質量 電荷或能量狀態(tài)改變的現(xiàn)象的統(tǒng)稱 核反應過程中 核子數(shù) 電荷 動量與角動量 能量均守恒 核反應是核化學的主要研究對象 1 核反應的表示A aB b或A a b B其中 A 靶核 targetnucleus a 入射粒子 incidentparticle 轟擊粒子 bombardingparticle 彈核 projectilenucleus B 剩余核 residualnucleus 產物核 productnucleus b 出射粒子 emergentparticle outgoingparticle 反應道 reactionchannel 每一種核反應過程 入射道 entrancechannel 由靶核和入射粒子組成 出射道 exitchannel 由剩余核和出射粒子組成 反應道由入射道和出射道構成 2 核反應的分類按入射粒子種類不同 分為 中子核反應帶電粒子核反應光核反應按入射粒子能量高低 分為 低能核反應中能核反應高能核反應 3 核反應中的能量反應能 核反應過程中放出的能量 通常用Q表示 也稱核反應的Q值 閾能 吸能反應庫倫勢壘 入射粒子電荷與靶核核核電荷間 或出射粒子電荷與剩余核核電荷間的庫倫相互作用 4 核反應截面反應截面 reactioncross section 物理意義 一個入射粒子同單位面積上一個靶核發(fā)生反應道概率 單位 m2barn激發(fā)函數(shù) excitationfunction 截面隨入射粒子能量的變化關系 激發(fā)曲線 excitationcur