02 第一章 核物理.pptx

第1页：第一章核物理

第一章核物理

第2页：原子结构原子核中子质子电子+++第一节原

原子结构原子核中子质子电子+++第一节原子核结构

第3页：原子核结构

原子核结构:X为元素符号Z为质子数N为中子数A为质量数原子核结构

第4页：原子的能量状态

原子的能量状态

核外电子和原子核的能级

第5页：元素、核素、同位素元素——具有相同质子数

元素、核素、同位素元素

具有相同质子数的原子，化学性质相同，但其中子数可以不同，如131I和127I；核素——质子数相同，中子数也相同，且具有相同能量状态的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分别为3种元素的5种核素；同质异能素——质子数和中子数都相同，但处于不同的核能状态原子，如99mTc、99Tc。

第6页：同位素——凡同一元素的不同核素

同位素

凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位素。4

第7页：一、核力和放射性核素原子核的核子之间存在

一、核力和放射性核素原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力，核力使原子核中的核子结合在一起，同时，原子核中又存在带正电荷的质子之间的静电排斥力，原子核的稳定性由核子之间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定，与核内质子数和中子数的比例有关。Z<20 Z/N=1 StabilityZ>20 N/Z>1 StabilityZ>83 Unstability第二节放射性衰变

第8页：原子核稳定

原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素(stable nuclide);原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素(radionuclide);放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程称为放射性衰变(radiation decay)。

第9页：+++++++++从母核中射出的4He原

+++++++++从母核中射出的4He原子核238U(铀)4He +234Th(钍)放射性母核二、基本衰变类型1.α衰变238U →234Th +4He + Qα粒子得到大部分衰变能，α粒子含2个质子，2个中子

第10页：α衰变

α衰变

241Am(镅)237Np(镎)+4He

第11页：β-衰变

β-衰变：3215P →3216S +β-+ Ue + 1.71MeV正电子衰变：137N →136C +β++ υ + 1.190MeVβ射线本质是高速运动的电子流发生原因

母核中子或质子过多2.β衰变

第12页：β-衰变

β-衰变

3H3He+β-

第13页：β-衰变

β-衰变

第14页：正电子衰变

正电子衰变

11C11B+β+

第15页：+++++++++质子转变成中子

+++++++++质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷+中微子－反中微子三种子体分享裂变能

因此电子具有连续能谱

第16页：质子变成中子X射线3.电子俘获

质子变成中子X射线3.电子俘获（electron capture）核外轨道电子

第17页：电子俘获

电子俘获

7Be(铍)7Li(锂)

第18页：+++++++++－中微子γ光子4.γ衰

+++++++++－中微子γ光子4.γ衰变γ衰变往往是继发于α衰变或β衰变后发生，这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原子核以放出γ-ray释放出过剩能量99Mo →99mTc +β-→99Tc + γ(T1/2:①66.02d;②6.02h)131I →131Xe +β-+γ(T1/2:8.04d)

第19页：γ衰变

γ衰变

99mTc99Tc

第20页：γ射线是什麽？γ射线就是高能量的光子

γ射线是什麽？γ射线就是高能量的光子：几百keV-MeV量级γ衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在这个过程中发射γ射线，原子核能态降低。γ射线是高能量的电磁辐射

γ光子

第21页：γ衰变特点

γ衰变特点

1.从原子核中发射出光子2.常常在α或β衰变后核子从激发态退激时发生3.产生的射线能量离散4.可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别

第22页：α衰变β-衰变β+衰变γ衰变

α衰变β-衰变β+衰变γ衰变

第23页：对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都

对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰变，但不是所有原子在同一时刻都发生衰变，某一时刻仅有极少数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、自发的按一定的速率进行，各种放射性核素都有自己特有的衰变速度。放射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式为：N=N0e-λtλ: decay constantt: decay timee:base of natural logarithm三、放射性衰变基本规律

第24页：指数衰减规律

指数衰减规律

N = N0e-tN0：（t = 0）时放射性原子核的数目N：经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数；大小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关；数值越大衰变越快半衰期(half-live)：放射性原子核数从N0衰变到N0的1/2所需的时间N = N0e-t衰变规律

第25页：仪器测量常用放射性活度单位

仪器测量常用放射性活度单位

dps: disintegration per secondcps: counts per second比放射性活度：-定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。-单位：Bq/kg; Bq/m3; Bq/l放射性活度（activity, A)定义：单位时间内发生衰变的原子核数A=dN/dt1Bq=1次×S-11Ci=3.7×1010Bq1Ci=1000mCi

第26页：。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。原子。。。射线(αβγ n)物质：气体、液体、固体、包括人体等第三节射线与物质的相互作用

第27页：Interactions of char

Interactions of charged particles with matter (α,β)Ionization电离Excitation激发Scattering散射Bremsstrahlung轫制辐射Interactions ofγ-ray with matterPhotoelectric effect光电效应Compton scattering康普顿散射Pair production电子对生成

第28页：带电粒子与物质相互作用

1.带电粒子与物质相互作用

第29页：光电效应康普顿效应电子对效应产生次级电子

光电效应康普顿效应电子对效应产生次级电子电离效应次级电子使物质原子电离γ射线第1步初级作用第2步次级作用2.γ射线与物质相互作用

第30页：光电效应、康普顿效应、电子对生成

光电效应、康普顿效应、电子对生成

第31页：光电效应自由电子作用机制

光电效应自由电子作用机制

光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子，壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来，成为自由电子，光子本身消失了。γ + AA* +e-（光电子）原子A + X射线原子受激原子

第32页：电子对效应

电子对效应

能量≥1.02MeV的γ射线与原子核作用可能产生一对正负电子。M＋γ→ M + e++ e-→γ1+γ21.02 MeV meme0.511MeV 0.511MeV基本条件：γ射线能量Eγ≥1.02 MeV为什麽？能量转化成质量M = E /C2

第33页：正电子湮灭

正电子湮灭

正电子与负电子相遇发生湮灭，产生两个0.511MeV的γ光子。e++ e-→γ+γme++ me-= 0.511 + 0.511 MeV质量转化为能量转化效率（100%）γγ

第34页：电子对的生成和与物质的相互作用

电子对的生成和与物质的相互作用

第35页：谢谢

谢谢