簡介：程品晶（CHENGPJNHUEDUCN核科學技術學院,放射物理學,第一章核物理基礎,第一節(jié)基本概念一、原子結構中心是帶正電的原子核核的周圍是帶負電的電子在繞核運動原子核質子和中子組成，質子帶正電荷E，中子不帶電，質子和中子統(tǒng)稱為核子。,元素、核素、同位素和同質異能素元素質子數相同的原子稱為一種元素，它們的原子序數相同，因此具有相同的化學特性。但其原子核中的中子數可以不同，因而物理特性可有某些差異。到目前為止，天然和人工合成的元素有109種，組成元素周期表。,核素質子和中子數相同，質量數相同，并處于同能量狀態(tài)的原子，稱為一種核素，例如為5種不同的核素。目前已知的核素有2300多種，分別屬于100多種元素。,,、,同位素質子數相同而中子數不同，稱為元素的同位素，例如,同質異能素核內中子數和質子數都相同，但核所處能態(tài)不同的核素互為同質異能素。例如正常的鈷元素和鏷元素表示為60CO和234PA，它們的同質異能素則表示為60COM和234PAM等。,和,互為氫的同位素。,二、原子、原子核能級幾個量子數N,L,M,MS零勢能規(guī)定習慣上規(guī)定當電子與核相距無窮遠時，電子所具有的勢能為零。因此，當電子填充核外某一個殼層時，其勢能為負值。基態(tài)電子填充殼層時按照從低能到高能的順序進行，以保證原子處于最低能量狀態(tài)。由于內層電子對外層電子具有屏蔽效應，所以實際電子填充殼層時，會出現能級交錯，而不是按殼層順序逐個填充。,電子的殼層結構,激發(fā)態(tài)當電子獲得能量，從低能級躍遷到高能級而使低能級出現空位時，稱原子處于激發(fā)態(tài)。結合能當一個自由電子填充殼層時，會以發(fā)射一個光子的形式釋放能量，能量的大小等于殼層能級能量的絕對值，這些能量稱為相應殼層的結合能。結合能隨N、L的增大而減小，對于同一個能級，結合能隨原子序數增大而增加。,特征輻射與俄歇電子處于激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定，高能級的電子會自發(fā)躍遷到低能級空位上，從而使原子回到基態(tài)。兩能級能量的差值一種可能是以電磁輻射的形式發(fā)出，這種輻射稱為特征輻射，當特征輻射的能量足夠高，進入X射線能量范圍時，又稱為特征X射線；另一種可能是傳遞給外層電子，使之脫離原子束縛成為自由電子，這種電子稱為俄歇電子，它的能量等于相應躍遷的X射線能量減去該電子的結合能。,三、原子、原子核的質量原子質量單位定義1U＝原子質量相對原子質量原子的質量以U為單位時測量得數。阿伏加德羅定律1摩爾任何元素的物質包含有NA（60221023）個原子。摩爾質量1摩爾物質的質量，其數值等于相對原子質量，單位為（G/MOL）。,,單位體積中的電子數＝,每克原子數＝,每克電子數＝,所有元素（氫除外）的,四、電子密度、每可電子數,單質,單位體積中的原子數＝,為05，并且隨原子序數的增加而略有減小。,近似,第二節(jié)放射性一、原子核的穩(wěn)定性影響核素穩(wěn)定的因素如下1、中子數與質子數之間的比例關系2、核子數的奇偶性3、重核的不穩(wěn)定性原子序數小于82的元素至少存在一種穩(wěn)定核素，而原子序數大于82的元素都不穩(wěn)定，會自發(fā)的放射出Α粒子或自發(fā)裂變而成為鉛（Z＝82）的同位素。,二、衰變類型放射性、放射性衰變、放射性核素原子核的衰變，主要有三種類型，即Α、Β衰變和Γ躍遷。,（一）Α衰變Α粒子是氦的原子核，它由2個質子和2個中子組成。Α衰變的反應式如下,MEV,,（二）Β衰變Β衰變包括3種類型Β衰變、Β＋衰變、軌道電子俘獲。1、Β衰變核內中子多，N→變P，放出一個負電子。,稱為反中微子,Β的能譜特點兩端低、中間高的連續(xù)譜分布。,2、Β＋衰變核內質子多，P→變N，放出一個正電子。,注式中Υ代表中微子。能譜特點Β＋粒子的能譜與Β粒子能譜一樣也是連續(xù)的。,3、軌道電子俘獲原子核從核外殼層中俘獲一個軌道電子使核內的一個質子轉變?yōu)橹凶?，同時放出中微子的過程稱為軌道電子俘獲。,（三）Γ躍遷和內轉換伴隨Α或Β衰變后發(fā)生。,內轉換有些原子核進行Γ躍遷時不放出Γ射線，而把激發(fā)態(tài)躍遷到較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)時釋放出來的能量直接交給核外殼層電子（主要是K層電子），使該電子釋放出來成為自由電子，這個過程稱為內轉換，發(fā)射出的電子稱為內轉換電子。,例,（EΓ0141MEV）,是,的同質異能素。,注,三、放射性度量放射性指數衰變規(guī)律放射性活度是指一定量的放射性核素在一個很短的時間間隔內發(fā)生的核衰變數除以該時間間隔之商。公式表達如下,活度的國際單位是貝可勒爾（BQ）。舊單位是居里（CI）。1CI＝371010BQ＝371010核衰變/秒,,,Λ為衰變常數,,半衰期放射性核素其原子核數目衰減到原來數目一半所需的時間（T1/2）。半衰期與衰變常數的關系為,T1/2的單位是秒，對半衰期長的核素可以用分（MIN）、天（D）、年（A）。,,平均壽命（Τ）是指放射性原子核平均生存的時間。,放射性比活度單位質量放射源的放射性活度，單位是BQ/G。衡量放射性物質純度的指標。,,例,一臺60CO治療機源初裝時的活度為111TBQ（3000CI），使用5年、10年后源的活度還剩多少解將A0＝111TBQ，T1/2＝527A，T＝5A，代入,得,，,。,,四、遞次衰變和放射平衡遞次衰變放射性核素轉變?yōu)榉€(wěn)定核素時往往要經過多次衰變才能完成，這種衰變稱為遞次衰變。衰變過程中形成的核素系列稱衰變系列。,例如，,轉變?yōu)?需經4次Β－衰變,遞次衰變時任一子體隨時間變化不僅與本次衰變的衰變常數有關，而且與前面所有衰變的衰變常數有關。,,放射性平衡如果母體的半衰期大于子體的半衰期，當經過足夠長的時間后，子母體間的放射性活度將保持固定比例，這樣一種狀態(tài)稱為放射性平衡。當放射性平衡出現后，子體的衰變速度將與母體相同。,,五、人工放射性核素在醫(yī)學中有廣泛的應用，如鈷60、锝99、鍶90、銥192等。制備途徑（1）反應堆中的強中子束照射靶核，靶核俘獲中子而生成放射性核；（主要來源）（2）中子引起重核裂變，從裂變碎片中提取放射性核素，這樣制備出來的核素是豐中子核素，通常具有Β－衰變。（3）用高能加速器產生放射性核素，這樣制備出來的是缺中子核素，通常具有Β＋衰變，但多是短壽命的。,,一般應選擇照射時間小于5個半衰期。,,人工放射性核素的生產曲線,,小結1．基本概念元素，核素，同位素，原子量，基態(tài)，激發(fā)態(tài)，特征X射線，原子結構和能級，原子核結構和能級，阿伏加德羅定律，電子密度，每克電子數。2．放射性原子核的穩(wěn)定性，衰變類型，放射性指數衰變規(guī)律，放射性活度，半衰期，衰變常數，平均壽命Τ，遞次衰變，放射平衡，放射性比活度，人工放射性核素的生產途徑和其生長規(guī)律。,,作業(yè)1名詞解釋特征輻射、放射性活度問答題1、哪些因素會影響核素的穩(wěn)定性2、10000CI的60CO源有多少個60CO放射性原子其質量為多少克3、60CO半衰期為527年，衰變到1/10用多長時間4、說明處于激發(fā)態(tài)的原子核其釋放能量的方式,,
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