原子核与放射性.ppt

第一节第一节 原子核的基本性质原子核的基本性质 一一.组成组成 1.1.原子核原子核:质子质子:带一个单位的正电荷带一个单位的正电荷 中子中子:中性粒子中性粒子 m=1.007277 m=1.007277 原子质量单位原子质量单位 m=1.008665m=1.008665 原子质量单位原子质量单位 核子在一定条件下可以相互转化核子在一定条件下可以相互转化 XAZ 312111HHHOOO188178168 元素符号元素符号 质量数质量数 质子数质子数 中子数中子数 =A A-Z Z 2.2.以组成分类：以组成分类：a.a.同位素：质子数相同，中子数不同同位素：质子数相同，中子数不同 氚氘氕 一个原子质量单位一个原子质量单位 u=1.66055u=1.6605510-27 Kg b.b.同质异能素：质子数相同，中子数相同，能量不同同质异能素：质子数相同，中子数相同，能量不同 113m1134949 In In 铟 c cm99439943鍀TT 3231HeHc.c.同量异位素：核子数相同，质子数不同同量异位素：核子数相同，质子数不同 ONC148147146 稳定性核素稳定性核素 3.3.以性质分类：以性质分类：放射性核素放射性核素 二二.性质性质 1.1.体积体积:非常小半径：102.1:150310mRARRARRV3033434Vm2.2.密度密度:ARm3034AA31527)102.1(41066.13317/103.2mkg三三.稳定性稳定性 1.1.质量亏损质量亏损 铍铍 Be94uBe 072433.95008665.14007277.1 :94原子核质量：原子核质量：9.0121858 u9.0121858 u 中子质量：中子质量：1.008665 u1.008665 u 质子质量：质子质量：1.007277 u1.007277 u um 062472.00121858.9072433.9 :原子核质量原子核质量 209 A209 不稳定不稳定 质子数质子数 中子数中子数 名称名称 稳定的核数目稳定的核数目 Z Z A A-Z 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 第二节第二节 核衰变的类型核衰变的类型 核衰变：放射性核素自发地以各种形式转化为另一核核衰变：放射性核素自发地以各种形式转化为另一核 严格遵守严格遵守:质量守恒定律质量守恒定律 能量守恒定律能量守恒定律 动量守恒定律动量守恒定律 电荷数守恒定律电荷数守恒定律 核子数守恒定律核子数守恒定律 衰变前后的质量差衰变前后的质量差 衰变时的能量衰变时的能量(衰变能衰变能)一一.衰变和内转换衰变和内转换 原子核（激发状态）原子核（激发状态）跃迁跃迁 内转换内转换 稳定稳定 跃迁：核子在核内处于运动状态，不同运动状态跃迁：核子在核内处于运动状态，不同运动状态 对应不同能量对应不同能量 核的能量状态分成一系列等级核的能量状态分成一系列等级:核能级核能级 激发态激发态 3.09 3.68 3.86 6.87 7.67 激发态 基态 1 2 3 136C 基态基态 衰变衰变 波长波长 0.01nm 0.01nm 特点：特点：射线谱不连续（能级不连续）射线谱不连续（能级不连续）A A，Z Z不变，不变，光子光子 贯穿本领强贯穿本领强 内转换内转换：将能量直接传给核外内层电子：将能量直接传给核外内层电子 将内层电子打出将内层电子打出 (自由电子自由电子)基态内转换%11%89mcT二二.衰变衰变 放射性核素放射性核素 A A较小的核较小的核 4 42 2HeHe 衰变衰变 一个一个 4 42 2HeHe ：粒子粒子 许多许多 4 42 2HeHe ：射线射线 天然放射性核素天然放射性核素:衰变衰变,使使A A减少减少 同种核放出的同种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 QHeYXAZAZ衰变4242 :，周期表中前移两位少，少24ZA衰变位移法则 eV 42粒子能量高百万携带，由HeQQHeRnRa422228622688粒子的核素，少数能够放射天然：209A1471446260 ,SmNd半衰期很长 似稳衰变的只是少数人工：a.射线能谱不连续衰变，内转换有若子核处于激发态，伴 .b贯穿本领小特点：特点：三三.衰变衰变 某些原子核不稳定：质子数过多或中子数过多某些原子核不稳定：质子数过多或中子数过多 中子数质子数转变 另一核 粒子核自发，符号相反质量相同，电荷量相同电子正电子 粒子1.1.-衰变衰变 QeHn :,011110一定条件下中子数过多：粒子一个e01 ：电子流，射线许多e01 QeYXAZAZ :011衰变一位，周期表中后移多不变，1ZAQeSP 0132163215a.a.能谱连续能谱连续:衰变能由衰变能由 粒子与反中微子共有粒子与反中微子共有 能量分配不固定能量分配不固定 b.b.若子核处于激发态，伴有若子核处于激发态，伴有衰变衰变 贯穿本领很强贯穿本领很强 2.2.+衰变衰变 Qen011011H :下质子数过多：一定条件QeYXAZAZ衰变011 :，周期表中前移一位少不变，1ZA a.a.能谱连续能谱连续:同同-衰变衰变 b.b.若子核处于激发态，伴有若子核处于激发态，伴有衰变衰变 特点：特点：特点：特点：四四.电子俘获电子俘获 质子数过多：自由质子并不能放出电子质子数过多：自由质子并不能放出电子 QneH100111QYeXAZAZ101 :过程，周期表中前移一位少不变，1ZA.a电子被俘获，空出一个位置射线有若子核处于激发态，伴 .b射线产生标识X总结：总结：射线能谱不连续，射线能谱不连续，射线能谱连续射线能谱连续 19331933年泡利提出中微子假设年泡利提出中微子假设 衰变衰变:子母核是同质异能素子母核是同质异能素 衰变：子母核是同量异位素衰变：子母核是同量异位素 电子俘获：子母核是同量异位素电子俘获：子母核是同量异位素 特点：特点：第三节第三节 核衰变的规律核衰变的规律 规律放射性核素内转换 YXQdtNdN,NdtdN一一.衰变规律衰变规律 大量核大量核 t=0t=0 时时:母核数母核数 N N0 0 t=tt=t 时时:母核数母核数 N N dtdt:衰变掉的母核数为衰变掉的母核数为 dNdN (1)(1):衰变常数，由核素性质决定衰变常数，由核素性质决定 与核素化学性质无关，不随外界条件变化与核素化学性质无关，不随外界条件变化 (2)(2)负号表示母核数随时间增长而减少负号表示母核数随时间增长而减少 NdtdN(3)(3)某一核素进行某一核素进行 n n 种衰变种衰变:每种衰变常数：每种衰变常数：1 1，2 2，n n，总衰变常数：总衰变常数：=1 1+2 2+n n NdtdN母核数：单位时间内衰变掉的dtdN：衰变几率NdNteNN0衰变定律衰变定律 t t 0 0 N N T 2T 3T 4TT 2T 3T 4T N N0 0 N N0 0/2/2 N N0 0/4/4 ntntt个核的寿命第第二个核的寿命第一个核的寿命:21每个核的寿命不同均值定的放射源，寿命的平平均寿命：原子核数一1=三三.半衰期半衰期 ：描述核衰变快慢的物理量：慢更常用的物理量半衰期：描述核衰变快二二.平均寿命平均寿命 原子核的寿命：放射性核素衰变前存在的时间原子核的寿命：放射性核素衰变前存在的时间 半衰期半衰期:T T 0tNN e02NNtT将：，代入ln2T0.693693.0ln20012ttTTNN eNT T 表示放射性核素衰变快慢，不同核素，表示放射性核素衰变快慢，不同核素，T T 不同不同 定义：少一半所经历的时间放射性核素的核数目减四四.放射性活度放射性活度 dN/dtdN/dt：单位时间内母核衰变掉的数目：单位时间内母核衰变掉的数目 dN/dtdN/dt 放射掉的放射掉的N N 放射源越强放射源越强 dtdNANteN0teA0TtA210teAA0时的放射性活度0 :0tA）贝可（秒一个核衰变：单位：BqSI1 /Bq10107.31Ci Ci ），居里（常用：例例 22688,1600.:RaTy求?镭的活度 1g 后的活度镭经yg1600 1解解:11-10.693ln21.37 10 1600 365 24 60 60T秒 个镭原子核中有 106.02 2262322688Rag :122688的原子核数Rag个 1066.22261002.621230NCiBqNA1 1064.31000 021NN CiBqNA5.0 1082.110例例?,103.7 73215一周后尚存多少出厂时的放射性活度BqP 14.3 TdBqA 103.770解解:查表查表 dt 7 012tTAA3.147721107.3Bq 1063.27例例 的放射性活度铀盐求)O(U 583gyTU92381047.4:8428163238)O(U 83的分子量铀盐解解:523883的含量中UOUggm24.484232385:238的原子核数目U231002.623824.4NNANT693.02391002.623824.46060243651047.4693.0Bq 1027.54第五节第五节 核的裂变和聚变核的裂变和聚变 一一.重核裂变重核裂变 链式反应链式反应 1.1.中子轰击铀核中子轰击铀核 2.2.链式反应链式反应 重核平均结合能小于重核平均结合能小于中等质量核的平均结合能中等质量核的平均结合能 重核分裂成中等重核分裂成中等质量核时释放出能量质量核时释放出能量 235113995192054380UnXeSrn210n23592U23592U23592U二二.轻核聚变轻核聚变 1.1.聚变聚变 2.2.热核反应热核反应 3.3.控制控制 轻核聚变成为较重的核轻核聚变成为较重的核 释放出巨大的能量释放出巨大的能量 23411120:17.6HHHenMeV氢弹反应式 61343012:4.8LinHHeMeV反应式（百万度）（百万度）19671967年年6 6月月1717日日，我国爆炸第一颗氢弹，我国爆炸第一颗氢弹 3.3.临界体积临界体积 4.4.控制控制 重水型反应堆重水型反应堆 19641964年年1010月月1616日，我国爆炸第一颗原子弹日，我国爆炸第一颗原子弹