原子核与放射性 PPT课件

ZmH Nmn ma c2
例：计算5Li核和6Li核的结合能，给定5Li原子的质量
为m5=5.012539u,6Li原子的质量为m6=6.015121u,氢 原子的质量为mH=1.007825u.比较5Li核的质量与质子 及粒子的质量和（mHe=4.002603u).
解： 5Li核的结合能为
原子核的密度比地球的平均密度大1014倍。
3. 原子核的结合能
⑴ 核力
﹡原子核中质子间距离非常小，因此它们间存在很大 的库仑斥力。 ﹡核的稳定性说明核子间一定存在一种和库仑力相抗 衡的吸引力，这种力称为核力。
﹡核力是短程力。在核内，一个核子只受到和它相邻 的其它核子的核力作用。
﹡核力与电荷无关。质子和质子，质子和中子，中子 和中子间的作用力是一样的。
原子弹，反应堆 氢弹
第二节 原子核的衰变类型
放射性是不稳定核自发地发射出一些射线而本身 变为新核的现象，这种核的转变也称为放射性衰变， 简称为核衰变。
放射性是1896年贝克勒尔发现的，他当时观察到铀盐 发射出的射线能透过不透明的纸使其中的照相底片感 光。
其后，卢瑟福和他的合作者把已发现的射线分成， 和 三种。
第三节 原子核的衰变规律
一、衰变规律
所有放射性核的衰变都遵守同样的统计规律： 在时间dt 内衰变的核的数目-dN 正比于当时放射性 核的数目N 以及时间间隔dt 。
dN Ndt
：衰变常量。表示一个放射性核单位时间内衰变的
概率。
-dN ：原子核的减少量。
N 1
dN
t
dt
N N 0
0
N N0et （衰变定律）
1 1
H
2 1
H
氘
3 1
H
氚
碳的同位素有： 68C,69C, , 162C,163C, , 260C 等
天然存在的各元素中各同位素的多少是不一样的，各 种同位素所占比例叫作各该同位素的天然丰度。
如：在碳的同位素中，12C的天然丰度为98.9﹪， 1的3C 为1.1﹪，而14C的只有 1.31.010%
Ni*
2680Ni
内转换：一个处于激发态的核跃迁到低能态时把 能量传给了一个核外电子。这个核外电子接受到 此较大能量后即从原子中高速飞出而成为自由电 子，这一过程称为内转换，释放的电子称为内转 换电子。
内转换过程中，由于释放电子而在原子的内壳层 出现空位，外层电子将会填充这个空位而发射标 识X射线或俄歇电子。
5年后，钴源活度还剩多少Bq?其平均寿命为多少年？ （已知 60Co的半衰期为5.27a）
解：已知T=5.27a t = 5a
N0：t = 0时放射性核的数目。
二、半衰期
原子核数目因衰变减少到原来的一半所需的时间， 称为半衰期(half life), 用T表示。
N N0et
N0 / 2 N0eT
eT 1 2
T ln 2 0.693
N
N
0
1
t
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
/
T
2
dN Ndt
从t = 0开始，-dN个放射性核的生存时间为t .
稳定核的中子数和质 子数间的关系
﹡稳定轻核的中子数等于质子 数。稳定重核的中子数大于 质子数。
﹡Z > 81的绝大多数同位素核 都是不稳定的，它们都会通过 放射现象而衰变。
轻核和重核的比结合能小于中等核的比结合能。 比结合能小的核变成比结合能大的核时，将释放能量。 采用重核裂变和轻核聚变两种途径获得原子能。
如果将核看成球形，则核的半径R和 A1/3 成正比，即
R R0 A1/3 R0 1.2fm 1.21015m
56Fe 核的半径为4.6fm，238U 核的半径为7.4fm。
原子核的密度： M M V 4 R3
3
Au 3u
4 3
R03
A
4R03
各种核的密度都是一样的。
2.31017(kg/m3 )
of
particles
﹡ 衰变所放出的电
子的能谱是连续的曲 线，且有一最大能量 值。
KEmax
﹡只有少数电子有最
大动能，大多数电子
的动能都比KEmax小。
Kinetic energy
﹡ 衰变时发出了另一种粒子带走了那“被消灭”
的能量，它是中微子neutrino ().
﹡中微子不带电，质量很小可看为0，且和物质作用 非常微弱，不易被检测到。
Q
2670Co2680Ni10e e Q
01n11p10e e
99 42
Mo
(66h)
0.43MeV(17%)
0.840MeV(1.3%)
1.214MeV81%
6.02h
2.2105 a
99 42
Mo
9493Tc
10e
e
Q
0.9205
9493Tc
0.5091
0.1811
0.1426 0.1405
4 2
He)。
衰变过程：
A Z
X
AZ42Y
24He
Q
母核 子核
衰变能：衰变过程中释放 的能量。在数值上等于 粒子的动能与子核反冲动 能之和。
28286Ra 1600a
3 4.34MeV0.0065%
2 4.598MeV5.4%
1 4.784MeV94.6%
0.32109 s
rays
3.82d
222 86
Rn
0.186MeV 0
镭28286Ra 的衰变纲图
二、 衰变
放射性核自发地放射出 射线（高速电子）或俘获轨 道电子而变成另一新核的现象称为 衰变。
1. -衰变
母核自发地放射出一个电子e - 和一个反中微子 e ，
而变成电荷数增加1，核子数不变的子核。
A Z
X
Z A1Y
10e
e
一、原子核的组成、质量和大小
1. 原子核的组成
原子核 (nucleus)
质子 (proton)
1 1
p
质子数， 原子序数：Z
原子 (atom)
核外电子 (electron)
中子 (neutron)
1 0
n
中子数：N
核子 (nucleon)
核子数， 原子质量数： A=Z+N
原子质量单位(u) ：162C 原子质量的1/12.
再后来人们发现 射线就是 粒子，即氦核(4He)流， 射线是电子流， 射线是光子流。
核衰变有三种类型： 衰变， 衰变和 衰变。核衰变
过程中，电荷数，核子数，能量和动量等物理量守恒。
一、 衰变
放射性核自发地放射出 射线而变成电荷数减少2， 核子数减少4的另一种新核的现象称为 衰变。
射线是高速运动的氦核(
已发现的射线有，，三种。
• 1911年，卢瑟福通过 粒子散射实验发现了
原子的核式结构。
本章拟学习内容：
第一节 原子核的基本性质 第二节 原子核的衰变类型 第三节 原子核的衰变规律
本章习题：
第304-305页，17-1、17-4、17-6、17-8、 17-10、17-11。
第一节 原子核的基本性质
E5 (3mH 2mn ma )c2
1u 931.5MeV/c2
(31.007825 21.008665 5.012539) 931.5
26.3MeV
6Li核的结合能为
E6 (31.007825 31.008665 6.015121)931.5
32.0MeV
m5 = 5.012539u > mH + mHe = 5.010428u
同核异能素：质量数和质子数均相同而处于不同能量 状态的一类核素。
如： 9493Tcm 和 9493Tc
表示处于较高核能级状态
原子核与原子一样具有分立的能级状态，在一定条件 下，可以在不同能级间跃迁。
2. 原子核的大小
卢瑟福根据粒子散射实验的结果计算出了原子核的
半径R约为 1015 1014m 的量级。
1u 1.66054021027kg 931.4943MeV/c2
质子
中子
电子
质量/u
1.0072764660 1.0086649235 5.48579903104
质量/kg
1.67262311027 1.67492861027 9.1093897 1031
质量/ MeV/ c2 938.27231
939.56563
0.5110
电荷/e
+1
0
-1
原子核质量近似为Au.
核素：一类具有确定质子数、核子数和能量状态的 中性原子称为核素。
核素的表示形式：
A Z
X
AX
如： 16O,107Ag,238U
同位素(isotope)：质子数相同，中子数不同的不同 核素。
同位素在元素周期表中处于同一位置。
如：氢原子的三种同位素：
﹡在核的线度内，核力比库仑力大得多。
⑵原子核的结合能
由于核力将核子聚集在一起，所以要把一个核 分解成单个的中子和质子时必须克服核力做功，为 此所需的能量叫做核的结合能。它也是单个核子结 合成一个核时所能释放的能量。
核子结合成一个核时，根据能量守恒：
Zmp Nmn c2 mNc2 E 结合能
可见，5Li核的质量大于质子和粒子的质量和。因此 5Li核不稳定，它会分裂成一个质子和一个粒子并放 出一定的能量，放出的能量为
m5 mH mHe c2
5.012539 5.010428931.5 2.0MeV
原子核的比结合能：就一个核平均来讲，一个核子的 结合能。
E / A
比结合能越大，表明核子间结合得越紧密。比结合能 的大小可作为核稳定性的量度。