原子核與放射性課件

1、原子核與放射性第一頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性第一節(jié)第一節(jié) 原子核的基本原子核的基本(jbn)(jbn)性質(zhì)性質(zhì)一一. .組成組成(z chn)(z chn)1.1.原子核原子核: :質(zhì)子質(zhì)子: :帶一個(gè)帶一個(gè)(y )(y )單位的正電荷單位的正電荷中子中子: :中性粒子中性粒子 m=1.007277 m=1.007277 原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位 m=1.008665m=1.008665 原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位 核子在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化核子在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化XAZ 312111HHHOOO188178168 元素符號(hào)元素符號(hào)質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)中子數(shù) = = A -

2、ZA - Z2.2.以組成分類：以組成分類：a.a.同位素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同同位素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同氚氘氕 一個(gè)原子質(zhì)量單位一個(gè)原子質(zhì)量單位 u = 1.66055u = 1.6605510-27 Kg 第二頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性b.b.同質(zhì)異能素：質(zhì)子數(shù)相同同質(zhì)異能素：質(zhì)子數(shù)相同(xin tn)(xin tn)，中子數(shù)相同，中子數(shù)相同(xin (xin tn)tn)，能量不同，能量不同113m1134949 In In 銦 c cm99439943鍀TT 3231HeHc.c.同量異位素：核子數(shù)相同，質(zhì)子同量異位素：核子數(shù)相同，質(zhì)子(zhz)(zhz)數(shù)不同數(shù)不同ONC1

3、48147146 穩(wěn)定性核素穩(wěn)定性核素3.3.以性質(zhì)以性質(zhì)(xngzh)(xngzh)分類分類：放射性核素放射性核素二二. .性質(zhì)性質(zhì)1.1.體積體積: :非常小半徑： 102 . 1: 150310mRARRARRV3033434Vm2.2.密度密度: :ARm3034AA31527)102 . 1 (41066. 13317/103 . 2mkg第三頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性三三. .穩(wěn)定性穩(wěn)定性 1.1.質(zhì)量質(zhì)量(zhling)(zhling)虧損虧損鈹鈹Be94uBe 072433. 95008665. 14007277. 1 :94原子核質(zhì)量原子核質(zhì)量(zhling)(zhlin

4、g)：9.0121858 u9.0121858 u中子中子(zhngz)(zhngz)質(zhì)量：質(zhì)量：1.008665 u1.008665 u質(zhì)子質(zhì)量：質(zhì)子質(zhì)量：1.007277 u1.007277 uum 062472. 00121858. 9072433. 9 :原子核質(zhì)量原子核質(zhì)量 209 A209 不穩(wěn)定不穩(wěn)定第五頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)中子數(shù)名稱名稱穩(wěn)定的核數(shù)目穩(wěn)定的核數(shù)目Z ZA-ZA-Z偶偶偶偶偶偶核偶偶核156156偶偶奇奇偶奇核偶奇核4848奇奇偶偶奇偶核奇偶核5050奇奇奇奇奇奇核奇奇核5 5第六頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性第二節(jié)第二節(jié) 核衰變核衰變(

5、shuibin)(shuibin)的類型的類型核衰變：放射性核素自發(fā)核衰變：放射性核素自發(fā)(zf)(zf)地以各種形式轉(zhuǎn)化為另一核地以各種形式轉(zhuǎn)化為另一核嚴(yán)格遵守嚴(yán)格遵守: :質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律能量能量(nngling)(nngling)守恒定律守恒定律動(dòng)量守恒定律動(dòng)量守恒定律電荷數(shù)守恒定律電荷數(shù)守恒定律核子數(shù)守恒定律核子數(shù)守恒定律衰變前后的質(zhì)量差衰變前后的質(zhì)量差衰變時(shí)的能量衰變時(shí)的能量( (衰變能衰變能) )一一. .衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換原子核（激發(fā)狀態(tài)）原子核（激發(fā)狀態(tài)）躍遷躍遷內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換穩(wěn)定穩(wěn)定第七頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性躍遷躍遷(yuqin)(yuqin)：核子在核內(nèi)

6、處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：核子在核內(nèi)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 對(duì)應(yīng)不同能量對(duì)應(yīng)不同能量核的能量狀態(tài)分成核的能量狀態(tài)分成(fn chn)(fn chn)一系列等級(jí)一系列等級(jí): : 核能級(jí)核能級(jí)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)3.093.683.866.877.67 激發(fā)態(tài)基態(tài)123136C基態(tài)基態(tài)(j (j ti)ti)衰變衰變波長(zhǎng)波長(zhǎng) 0.01nm 0.01nm特點(diǎn)：特點(diǎn)：射線譜不連續(xù)（能級(jí)不連續(xù)）射線譜不連續(xù)（能級(jí)不連續(xù)）A A，Z Z不變，不變，光子光子貫穿本領(lǐng)強(qiáng)貫穿本領(lǐng)強(qiáng)第八頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換：將能量：將能量(nngling)(nngling)直接傳給核外內(nèi)層電直接傳給核外內(nèi)層電

7、子子將內(nèi)層將內(nèi)層(ni cn)(ni cn)電子打電子打出出 ( (自由電子自由電子(z (z yu din z)yu din z) ) 基態(tài)內(nèi)轉(zhuǎn)換%11%89mcT二二. .衰變衰變放射性核素放射性核素A A較小的核較小的核 4 42 2HeHe 衰變衰變一個(gè)一個(gè) 4 42 2HeHe ： 粒子粒子許多許多 4 42 2HeHe ： 射線射線天然放射性核素天然放射性核素: : 衰變衰變, ,使使A A減少減少同種核放出的同種核放出的粒子速度相同粒子速度相同不同核放出的不同核放出的粒子速度不相同粒子速度不相同第九頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性QHeYXAZAZ衰變4242 :，周期表中前移兩位

8、少，少24ZA衰變位移法則 eV 42粒子能量高百萬攜帶，由HeQQHeRnRa422228622688粒子的核素，少數(shù)能夠放射天然： 209A1471446260 ,SmNd半衰期很長(zhǎng) 似穩(wěn)衰變的只是少數(shù)人工： a. 射線能譜不連續(xù)衰變，內(nèi)轉(zhuǎn)換有若子核處于激發(fā)態(tài)，伴 . b貫穿本領(lǐng)小特點(diǎn)特點(diǎn)(tdin)：第十頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性三三. .衰變衰變(shuibin)(shuibin)某些原子核不穩(wěn)定某些原子核不穩(wěn)定(wndng)(wndng)：質(zhì)子數(shù)過多或中子數(shù)過：質(zhì)子數(shù)過多或中子數(shù)過多多中子數(shù)質(zhì)子數(shù)轉(zhuǎn)變 另一核粒子核自發(fā)，符號(hào)相反質(zhì)量相同，電荷量相同電子正電子粒子1.1.- -衰變

9、衰變(shuibin)(shuibin)QeHn :,011110一定條件下中子數(shù)過多：粒子一個(gè)e01 ：電子流，射線許多e01 QeYXAZAZ :011衰變一位，周期表中后移多不變， 1ZAQeSP 0132163215第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性a. a. 能譜連續(xù)能譜連續(xù)(linx)(linx): :衰變衰變(shuibin)(shuibin)能由能由粒子與反中微子共有粒子與反中微子共有能量分配能量分配(fnpi)(fnpi)不固不固定定b. b. 若子核處于激發(fā)態(tài)，伴有若子核處于激發(fā)態(tài)，伴有衰變衰變貫穿本領(lǐng)很強(qiáng)貫穿本領(lǐng)很強(qiáng)2.2.+ +衰變衰變Qen011011H :下質(zhì)子數(shù)

10、過多：一定條件QeYXAZAZ衰變011 :，周期表中前移一位少不變，1ZA a. a. 能譜連續(xù)能譜連續(xù): :同同- -衰變衰變b. b. 若子核處于激發(fā)態(tài)，伴有若子核處于激發(fā)態(tài)，伴有衰變衰變特點(diǎn)：特點(diǎn)：特點(diǎn)：特點(diǎn)：第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性四四. .電子電子(dinz)(dinz)俘獲俘獲質(zhì)子質(zhì)子(zhz)數(shù)過多：自由質(zhì)子數(shù)過多：自由質(zhì)子(zhz)并不能放出并不能放出電子電子QneH100111QYeXAZAZ101 :過程，周期表中前移一位少不變，1ZA. a電子被俘獲，空出一個(gè)位置射線有若子核處于激發(fā)態(tài)，伴 .b射線產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X總結(jié)總結(jié)(zngji)(zngji)：射線能譜不連

11、續(xù)，射線能譜不連續(xù)，射線能譜連續(xù)射線能譜連續(xù)19331933年泡利提出中微子假設(shè)年泡利提出中微子假設(shè)衰變衰變: : 子母核是同質(zhì)異能素子母核是同質(zhì)異能素衰變：子母核是同量異位素衰變：子母核是同量異位素電子俘獲：子母核是同量異位素電子俘獲：子母核是同量異位素特點(diǎn)：特點(diǎn)：第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性第三節(jié)第三節(jié) 核衰變核衰變(shuibin)(shuibin)的規(guī)律的規(guī)律規(guī)律放射性核素內(nèi)轉(zhuǎn)換 YXQdtNdN,NdtdN一一. .衰變衰變(shuibin)(shuibin)規(guī)律規(guī)律大量大量(dling)(dling)核核 t=0t=0 時(shí)時(shí): : 母核數(shù)母核數(shù) N N0 0 t=tt=t

12、時(shí)時(shí): : 母核數(shù)母核數(shù) N Ndtdt: : 衰變掉的母核數(shù)為衰變掉的母核數(shù)為 dNdN(1)(1) : : 衰變常數(shù)，由核素性質(zhì)決定衰變常數(shù)，由核素性質(zhì)決定與核素化學(xué)性質(zhì)無關(guān)，不隨外界條件變化與核素化學(xué)性質(zhì)無關(guān)，不隨外界條件變化(2)(2) 負(fù)號(hào)表示母核數(shù)隨時(shí)間增長(zhǎng)而減少負(fù)號(hào)表示母核數(shù)隨時(shí)間增長(zhǎng)而減少NdtdN第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性(3)(3) 某一核素進(jìn)行某一核素進(jìn)行(jnxng)(jnxng) n n 種衰變種衰變: :每種衰變常數(shù)：每種衰變常數(shù)：1 1， 2 2， n n， 總衰變常數(shù)：總衰變常數(shù)：= = 1 1+2 2 + n nNdtdN母核數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)衰變掉的d

13、tdN：衰變幾率NdNteNN0衰變衰變(shuibin)(shuibin)定律定律t t0 0N NT 2T 3T 4TT 2T 3T 4TN N0 0N N0 0/2/2N N0 0/4/4第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性ntntt個(gè)核的壽命第第二個(gè)核的壽命第一個(gè)核的壽命:21每個(gè)核的壽命不同均值定的放射源，壽命的平平均壽命：原子核數(shù)一1=三三. .半衰期半衰期 ：描述核衰變快慢的物理量：慢更常用的物理量半衰期：描述核衰變快二二. .平均壽命平均壽命(pn (pn jn shu mn)jn shu mn)原子核的壽命：放射性核素衰變?cè)雍说膲勖悍派湫院怂厮プ?shuibin)(shu

14、ibin)前存在的時(shí)間前存在的時(shí)間第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性半衰期半衰期: : T T0tNN e02NNtT將：，代入ln2T0.693693.0ln 20012ttTTNN eNT T 表示放射性核素衰變快慢表示放射性核素衰變快慢(kuimn)(kuimn)，不同核素，不同核素，T T 不同不同 定義：少一半所經(jīng)歷的時(shí)間放射性核素的核數(shù)目減第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性四四. .放射性活度放射性活度dN/dtdN/dt：?jiǎn)挝粫r(shí)間：?jiǎn)挝粫r(shí)間(shjin)(shjin)內(nèi)母核衰變掉的數(shù)目?jī)?nèi)母核衰變掉的數(shù)目dN/dtdN/dt 放射放射(fngsh)(fngsh)掉的掉的N N

15、放射源越強(qiáng)放射源越強(qiáng)dtdNANteN0teA0TtA210teAA0時(shí)的放射性活度0 :0tA）貝可（秒一個(gè)核衰變：?jiǎn)挝唬築qSI1 / Bq10107 . 31Ci Ci ），居里（常用：第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性例例22688, 1600 . :RaTy求 ?鐳的活度 1g后的活度鐳經(jīng)yg1600 1解解: :11-10.693ln21.37 10 1600 365 24 60 60T秒個(gè)鐳原子核中有 106.02 2262322688Rag : 122688的原子核數(shù)Rag個(gè) 1066.22261002.621230NCiBqNA1 1064.31000021NNCiBqNA

16、5 .0 1082.110第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性例例? , 103.7 73215一周后尚存多少出廠時(shí)的放射性活度BqP 14.3 TdBqA 103.770解解: :查表查表dt 7 012tTAA3 .147721107 . 3Bq 1063. 27第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性例例的放射性活度鈾鹽求 )O(U 583gyTU92381047. 4:8428163238 )O(U 83的分子量鈾鹽解解: : 523883的含量中UOUggm24. 484232385: 238的原子核數(shù)目U231002.623824.4NNANT693.02391002.623824.4

17、6060243651047.4693.0Bq 1027. 54第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性第五節(jié)第五節(jié) 核的裂變核的裂變(li bin)(li bin)和聚變和聚變一一. .重核裂變重核裂變 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(lin (lin sh fn yng)sh fn yng)1.1.中子中子(zhngz)轟擊鈾核轟擊鈾核2.2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 重核平均結(jié)合能小于重核平均結(jié)合能小于中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能重核分裂成中等重核分裂成中等質(zhì)量核時(shí)釋放出能量質(zhì)量核時(shí)釋放出能量235113995192054380UnXeSrn210n23592U23592U23592U第二十二頁(yè)，共二十四頁(yè)。原子核與放射性二二. .輕核聚變輕核聚變1.1.聚變聚變(jbin)2.2.熱核反應(yīng)熱核反應(yīng)(rhfnyng)3.3.控制控制(kngzh) 輕核聚變成為較重的核輕核聚變成為較重的核釋放出巨大的能量釋放出巨大的能量23411120: 17.6HHHenMeV氫彈反應(yīng)式 61343012: 4.8LinHHeMeV反應(yīng)式（百萬度）（百萬度）19671967年年6 6月月1717日日，我國(guó)爆炸第一顆氫彈，我國(guó)爆炸第一顆氫彈3.3.臨界體積臨界體積4.4.控制控制重水型反應(yīng)堆重水型反應(yīng)堆19