放射性的衰變

1、掌握：衰變定律、衰變常數(shù)、半衰期、放射性活 度、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用熟悉：電離比值 放射性核衰變類型 了解：能譜 放射平衡 放射性核素在醫(yī)學(xué)上 的應(yīng)用、放射性核素的探測和成象一、原子核的組成)ZAZ原子序數(shù)原子量中子（數(shù)量原子序數(shù)核外電子數(shù)質(zhì)子（數(shù)量原子核 同一種元素可具有不同原子核：如天然存在的鈾元素，有中子數(shù)分別為142、143、146三種原子核。1.核素(nuclide)具有一定中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)和一定能量狀 態(tài)的原子核符號表示：XAZ元素符號電荷數(shù)Z(質(zhì)子數(shù)) 質(zhì)量數(shù)Z(質(zhì)子數(shù))N(中子數(shù))2.同位素(isotope)電荷數(shù)相同質(zhì)量數(shù)不同的核素例： （氕） （氘） （氚）H11H21H

2、313.同質(zhì)異能素(isomer)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)相同但能量狀態(tài)不同 的核素例：CoCom60276027 （以m表示原子核處于壽命較長能級較高的激發(fā)態(tài)）二、核的穩(wěn)定性二、核的穩(wěn)定性 中等質(zhì)量的核的核子平均結(jié)合能比輕核和重核都大，因此中等核最穩(wěn)定。 最常見的穩(wěn)定核的中子-質(zhì)子圖 Z 20N / Z 1.5 Z=82的鉛(Pb)以后，天然存在的核素都具有放射性。表10-2 穩(wěn)定核素數(shù)目與核子奇偶性關(guān)系 Z N 穩(wěn)定核數(shù) 偶 偶 163 偶 奇 57 奇 偶 50 奇 奇 4三、放射性核素的衰變類型核衰變原子核自發(fā)地放射某種射線而轉(zhuǎn) 變成其它核素如：天然放射性核素RnRa2228622688SP32

3、163215放出射線從反應(yīng)堆和加速器產(chǎn)生的放射性核素1. 衰變QHeYXAZAZ4242位移法則：母核子核粒子粒子飛出的動能例：QHeRnRa4222286226882. 衰變和電子俘獲(electron capture-EC)衰變位移法則：衰變衰變,00011AZ00011AZQeYXQeYXAZAZ例：QeSP000132163215+粒子 中微子粒子 反中微子QeCN0001136137EC位移法則：QYeXAZAZ00101QMneFe005525015526例： 核如果因質(zhì)子過多而不穩(wěn)定時，除通過 + 衰變來調(diào)整外，還可以以電子俘獲(electron capture-EC) 3. 躍

4、遷和內(nèi)轉(zhuǎn)換核從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷放出 光 子的過程態(tài)態(tài)發(fā)基激核核核子子母YYXm 內(nèi)轉(zhuǎn)換(internal conversion)核從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷將能量 傳遞給核外電子的過程 原子核激發(fā)態(tài)的壽命通常是非常短的，大約在10-13秒內(nèi)就完全衰變到基態(tài)。因此這些 光子和內(nèi)轉(zhuǎn)換電子可以看成是伴隨 或 粒子發(fā)出的。 四、四、 能譜能譜 能譜連續(xù)譜 E0/3處的粒子最多 平均能量接近E0/3 2 2 放射性衰變規(guī)律一、衰變定律和衰變常數(shù)1.放射性衰變定律(law of radioactive decay) 設(shè) t 時刻母體核數(shù)為N，dt 時間內(nèi)衰減掉核數(shù)dN，則NdtdNteNN02. 衰變常數(shù)Nd

5、tdN單位：1/s（ 單位時間內(nèi)衰變掉的母核數(shù)和該時刻存在 的母體核總數(shù)之比每個原子核單位時 間內(nèi)衰變的概率） 是表征核衰變速度的物理量，其值由核素本身決定如：19601622210439. 4:10297. 0:sCosRn 的大小決定了核衰變的快慢，越大，衰變越快；反之，則越慢2. 半衰期(half-life)放射性核數(shù)衰減一半所需的時間T693. 02lnTteNN0tteeNN22/00693. 02lnT00221,21,2NNnTtNNTtn021,NNTt衰變定律半衰期表達(dá)式TttTNeNN)21(02ln0三、平均壽命三、平均壽命 20001)(1dtteNdttNt1TT44

6、. 1693. 0 衰變定律曲線2121TT21Co6027 的半衰期 T = 5.27年,其衰變常數(shù) = ,平均壽命 = .7.59年0.132/年四、放射性活度(radioactivity) 放射源在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的核 數(shù)，也稱放射性強度NdtdNATtTttAeAeAA)21(02ln00tteAeN00單位：貝克勒爾 1Bq=1s-1 （每秒有一個核衰變） 居里 1ci=3.71010 Bq 毫居里 1mci=3.7107 Bq放射性物質(zhì)中有兩種放射性核素，T1為一天，T2為8天，剛開始時A01為A02的128倍，經(jīng)過多少時間A1和A2相等？【解】【解】五、放射平衡 母體核 子體核

7、 孫代子體 放射系 在母體的半衰期大于子體半衰期的情況下，經(jīng)過相當(dāng)時間后，子體每秒衰變的核素將等于它從母體衰變而得到補充的核數(shù)，子體的核數(shù)不再增加，達(dá)到放射平衡 (radioactive equilibrium)。 單位時間內(nèi)衰變掉的母體核數(shù) 111NdtdN單位時間內(nèi)子體核數(shù)的凈增加率為 22112NNdtdN解上式微分方程 ttteNeeNN22120101212)(若t0時，N2N200 )(21101212tteeNN02tet 5T2teNN110121211221NN若1 2，則 2-1 2 得 1212NN射線與物質(zhì)的相互作用一、帶電粒子和物質(zhì)的相互作用方式1.電離和電離比值電離

8、比值(Specific Ionization SI)每厘米路徑上所產(chǎn)生的離子對數(shù)線性能量轉(zhuǎn)移(Linear Energy Transfer LET)每單位徑跡長度上的能量損耗,也稱傳 能線密度LET=SIW 電離比值與帶電粒子的速度成反比、電荷和物質(zhì)的密度成正比 同一物質(zhì)中，相同能量的粒子的電離比值比粒子大得多2.散射散射和軔致輻射 粒子質(zhì)量小、散射角大，散射作用大于粒子 輻射損失和質(zhì)量平方成反比， 粒子軔致輻射大于粒子 輻射損失和原子序數(shù)平方成正比，對射線的防護宜采用原子序數(shù)較低的材料（鋁、有機玻璃等）二、射程和吸收規(guī)律1.射程空氣對空氣對射線的吸收曲線射線的吸收曲線射線的吸收曲線射線的吸收

9、曲線粒子電離比值大、速度小、射程短；粒子電離比值小、速度大、射程長 在外照射的情況下， 粒子的危害性不大，易于防護， 粒子的危害大得多 內(nèi)照射時， 粒子的電離比值大，傷害很集中一、臨床核素檢查示蹤原子 用放射性同位素標(biāo)記藥物進入人體后，通過體外探測診斷和了解疾病情況二、放射性同位素治療 利用射線對肌體組織的破壞作用，合理地照射某些疾病部位，達(dá)到控制發(fā)展直至破壞熄滅的目的一、射線的探測1.半導(dǎo)體探測器2.閃爍計數(shù)器二、放射性核素成象1. 照相機2.發(fā)射型計算機斷層(ECT) 利用待檢器官吸收放射性核素放出的射線，建成影象，使圖象更準(zhǔn)確本章小結(jié)1.核素、同位素、同質(zhì)異能素2. 衰變3. 衰變XAZQHeYXAZAZ4242位移法則：衰變衰變,00011AZ00011AZQeYXQeYXAZAZ4. EC5. 躍遷和內(nèi)轉(zhuǎn)換QYeXAZAZ00101YYXm6. 放射性衰變定律7. 衰變常數(shù)、半衰期8. 放射性活度TttTtNeN