第2章 原子核与放射性衰变

例2.三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后
变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出 一 个 氦 核 （ He ） 。 则 下 面 说 法 中 正 确 的 是 （ CD ）
（A）X核比Z核多一个质子
（B）X核比Z核少一个中子
（C）X核的质量数比Z核的质量数大3
（D）X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍
2
5.衰变规律是对大量原子组成的放射性样品 而言的,是一种统计规律.不适用于少量原子 核.对某个原子核或少量原子核来讲无意义.
6.单位时间内放射性元素衰变的数量与放射 性元素的量成正比.医用放射性元素要求半 衰期短.
例1.由原子核的衰变规律可知( C ) A.放射性元素一次衰变可同时产生α射 线和β射线. B.放射性元素发生β衰变,新核的化学性 质不变. C.放射性元素衰变的速率跟它所处的状 态无关. D.放射性元素发生正电子衰变时,新核质 量数不变,核电荷数增加1.
A.该核发生的是α衰变 a
B.该核发生的是β衰变
b
C.磁场方向一定是垂直纸面向里
D.磁场方向向里还是向外不能判定
222 86
Rn
衰变成
218 84
Po
的过程放出的粒子是
（ B）
A．0.25g，a粒子 B．0.75g，a粒子 C．0.25g，β粒子 D．0.75g，β粒子
例6.根据有关放射性知识可知，下列说法正 确的是： ( B ) A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡核，经过 7.6天就只剩下一个氡原子核了 B．β衰变所释放的电子是原子核中的中子转 化为质子和电子所产生的
E/--0e00V..8554
3
-1.51
2
-3.40
D．γ射线

放大了1000倍的铀矿石
天然放射性元素的原子核发出的射线 可使照相底片感光
铅盒
照相底片 射 线
放 射 源
天然放射现象
放射性型物质发出的射线有三种：
二、三种射线
阅读课文填写表格：
射线
射线
射线
成分
氦原子核
高速 电子流 高能量 电磁波
速度
1/10光 速
接近光 速
光速
贯穿能力 电离能力
弱
很容易
较强
较弱
电荷数变了，它在周期表中的位置就变 了，变成另一种原子核。
2.衰变原则： 质量数守恒，电荷数守恒。
U238在 衰变时产生的钍234也具有 放射性，放出 离子后变为（镤）Th234， 上述的过程可以用下面的衰变方程表示：
U 238
234 90
Th
＋
4 2
He
234 91
Pa
＋
人们认识原子 核的结构就是 从天然放射性 开始的。
一、天然放射现象
法国物理学家贝克勒尔 1、放射性：物质发射射线的性质称为放射性．
2、放射性元素：具有发射性的元素称为放射性元 素．
3、天然放射现象：元素这种自发的放出射线的现 象叫做天然放射现象．
天然放射现象
放射性不是少数几种元素才有的，研究 发现，原子序数大于或等于83的所有元素， 都能自发的放出射线，原子序数小于83的 元素，有的也具有放射性．
1．半衰期：半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的 时间用T表示。
注意： (1)每种放射性元素都有一定的半衰期，不同元素半衰期不同。 (2)半衰期由核内部本身的因素决定，而跟原子所处的物理状态 或化学状态无关。 (3)半衰期是一个宏观统计规律，只对大量的原子核才适用，对 少数原子核是不适用的． 2．半衰期公式：N=N0（1/2）t/T 或 m=m0（1/2）t/T 说明式中各量的意义

原子核物理重点知识点第一章 原子核的基本性质1、对核素、同位素、同位素丰度、同量异位素、同质异能素、镜像核等概念的理解。

（P2）核素：核内具有一定质子数和中子数以及特定能态的一种原子核或原子。

（P2）同位素：具有相同质子数、不同质量数的核素所对应的原子。

（P2）同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。

（P83）同质异能素：原子核的激发态寿命相当短暂，但一些激发态寿命较长，一般把寿命长于0.1s 激发态的核素称为同质异能素。

（P75）镜像核：质量数、核自旋、宇称均相等，而质子数和中子数互为相反的两个核。

2、影响原子核稳定性的因素有哪些。

（P3~5）核内质子数和中子数之间的比例；质子数和中子数的奇偶性。

3、关于原子核半径的计算及单核子体积。

（P6）R =r 0A 1/3 fm r 0=1.20 fm 电荷半径：R =（1.20±0.30）A 1/3 fm 核力半径：R =（1.40±0.10）A 1/3 fm 通常 核力半径＞电荷半径单核子体积：A r R V 3033434ππ==4、核力的特点。

（P14）1.核力是短程强相互作用力；2.核力与核子电荷数无关；3.核力具有饱和性；4.核力在极短程内具有排斥芯；5.核力还与自旋有关。

5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。

（P8）结合能：),()1,0()()1,1(),(),(2A Z Z Z A Z c A Z m A ZB ∆-∆-+∆=∆= 表明核子结合成原子核时会释放的能量。

比结合能（平均结合能）：A A Z B A Z /),(),(=ε原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功，或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。

6、关于库仑势垒的理解和计算。

（P17）1.r>R ,核力为0，仅库仑斥力，入射粒子对于靶核势能V (r )，r →∞，V (r ) →0，粒子靠近靶核，r →R ，V (r )上升，靠近靶核边缘V (r )max ，势能曲线呈双曲线形，在靶核外围隆起，称为库仑势垒。

第二章 动量守衡 质点动力学2-1 一个原来静止的原子核，经放射性衰变，放出一个动量为9.22×10-16g ⋅cm/s 的电子，同时该核在垂直方向上又放出一个动量为5.33×10-16g ⋅cm/s 的中微子，问蜕变后原子核的动量的大小和方向。

解: 衰变过程是: e v e B A ++→-，由动量守衡得 .0=++v e B P P P 大小：e B P P =--==s cm g s cm g /1065.10/1033.522.9161622⋅⨯=⋅⨯+=--.方向:3022.933.511===--tgtgθ；15030180=-=ϕ,1203090=+=φ.2-2 质量为M 的木块静止在光滑的水平桌面上。

质量为m ，速率为v 0的子弹水平地入射到木块内(见本题图)并与它一起运动。

求 (1)子弹相对于木块静止后，木块的速率和动量，以及子弹的动量；(2)在此过程中子弹施于木块的冲量。

解:(1)设木块的速率为v , 由动量守衡: v m M mv )(0+=；得0v mM m v +=， 木块的动量0v m M Mm mv p +==木，子弹的动量02v mM mmv p +==子.(2)子弹施予木块的冲量为 00v mM Mm P I +=-=木木.2-3 如本题图，已知绳的最大强度T 0 = 1.00 kg ，m = 500g , l = 30.0cm ，开始时m 静止。

水平冲量I 等于多大才能把绳子打断？ 解: 要求向心力mg T evmF ->=02，即要求l mmg T v ->0，l mmg T mmv I ->-=00.故 l mg T m I )(0-=s m kg /86.0]100.30)8.9105008.91(10500[21233⋅=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=---2-4 一子弹水平地穿过两个前后并排在光滑水平桌面上的静止木块。

木块的质量分别为m 1和m 2；设子弹透过两木块的时间间隔为t 1和t 2，子弹在木块中所受阻力为恒力f ，求子弹穿过时两木块各以多大的速度运动.解: 当子弹穿出m 1时, m 1与 m 2一起运动, 故 1211)(v m m ft +=; 2111m m ft v +=.当子弹穿出m 2时, 12222v m v m ft -=，解得 222112212m ft m m ft m ft v v ++=+=.2-5 质量70kg 的渔人站在小船上，设船和渔人的总质量为200kg ．若渔人在船上向船头走4.0m 后停止。

接收到了射线信号越弱，根据信号强度就可以测量金属板的厚度。
四、放射性同位素及其应用 （3）放射性同位素及其应用
②放射治疗
利用γ射线的高能量治疗癌症
四、放射性同位素及其应用 （3）放射性同位素及其应用
③农业应用
培优育种
经照射
未经照射
γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制
蔬菜发芽，延长保存期等
四、放射性同位素及其应用
（3）放射性同位素及其应用
④示踪原子
农业方面：棉花在开花、结桃的时候 需医要学较方多面的：磷给肥人，注把射磷碘肥的喷放在射棉性花同叶 子位.上素，碘磷13肥1,也在能颈被部吸底收部。的但甲是状，腺什( 么红时色候，的部吸分收被率遮最蔽高)、，磷被在放作射物性内示能 存留多长时间、磷在作物体内的分布 情踪况剂等碘，1用31通高常亮的着方色法。很定难时研用究探。测如 果器用测磷量的甲放状射腺性及同邻位近素组制织成的肥放料射喷强在
α衰变：
A z
X
Az42Y+
4 2
He
机理：原子2核01内n少两211个H质子和24H两e个中子
β衰变：
A z
X
z A1Y+
0 1
e
机理原：子核01n内 的一11H个中子10变e成质子，
同时放出一个电子
6 、γ辐射 γ射线经常是伴随α射线和 β射线产生的
说明：1. 中间用单箭头，不用等号； 2. 质量数守恒，电荷数守恒; 3. 方程及生成物要以实验为基础.
变式训练1.由于放射性元素
237 93
Np
的半衰期很短，所以在自然界一直
未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知
237 93

三、多次级联衰变 如果母体是长寿命，各代子体与母体相比寿 命都短的多，则经过一定时间后（约大于子 体中最大半衰期的五倍），母体与各代子体 将达到长期平衡，这时各代子体的数量都不 随时间变化，他们的放射性活度相等.
1N1 2 N2 3 N3
例题：已知镭的半衰期为1620a，从沥青 铀矿和其它矿物中的放射性核素数目 N(226Ra)与N(238U)的比值为3.51×10-7， 试求238U的半衰期。
核原子的质量必须大于衰变后子核原子和 氦核质量之和。
M X (Z, A) MY (Z 2, A 4) M He
通常把α衰变过程中放出的能量称为衰变能， 记作Ed，其关系式为
Ed E EY Mc2 [M X (MY M He )]c2
3、α 粒子能量和衰变能的关系 衰变前母核静止，动量为零，则有：
A
m M
NA
ln 2 T1/ 2
m M
NA

0.6931 6.022 1023 1.657 108 60
4.2 1013 Bq
当 A 100mCi 3.7 109 Bq 时，有
m
AM
N A

AM N A ln
2
T1
/
2
3.7 109 60 1.657 108 8.8105 (克) 88微克 6.022 1023 0.693
2、β 能谱的特点： ①β射线的能量是连续分布的； ②有一确定的最大能量Emax，它近似等
于β衰变能； ③曲线有一极大值，即在某一能量处强
度最大。
二、中微子 1、中微子假说 泡利在1930年指出，只有假定在β
衰变过程中，伴随每一个电子有一个轻 的中性粒子（称之为中微子ν）一起被 发射出来，使中微子和电子的能量之和 为常数，方能解释连续β谱。

三、α衰变纲图
各横线表示原子核的 能级 ；
各横线之间带箭头的 斜线表示核衰变的类 型，并用向左箭头表 示α 衰变；
238 图2-2、 94 Pu 的衰变纲图
各水平横线之间带箭头 的垂线表示子核通过发 射γ光子向能量较低的 能级跃迁。
§2.4 原子核的β 衰变和中微子

β衰变是指一种原子核放出β粒子或俘 获轨道电子转变成另外一种原子核的放 射性现象；
2
(226.0254 222.0176 4.002603)uc 2
4.84MeV
E A4 222 Ed 4.84MeV 4.75MeV A 226
EY
4 4 Ed 4.84MeV 0.09MeV A 226


二、α能谱与核能级 1、α 粒子能谱
T1 / 2 1.414T1 / 2 ln 2 1
三、放射性活度
（1）放射性活度：我们定义放射性物质在 单位时间内发生衰变的原子核数即-dN/dt 为该物质的放射性活度，也叫放射性核素的 衰变率
A
dN
dt
λN 0 e
λt
λN A0 e
λt
（2）单位：习惯上采用居里（Ci）作为放射性活 度单位，它的定义是，一个放射源如果在每秒钟 产生3.7×1010次衰变，这个放射源的放射性活
变，变为另一种核素，同时放出各种射线，
原子核的这种性质称为放射性。
2、放射性衰变的模式 （1）α衰变：放出带两个正电荷的氦核； （2）β衰变：包括β+衰变、β-衰变和电子俘 获（EC）； （3）γ衰变（即γ跃迁）与内转换（IC）； （4）自发裂变（SF） （5）几种罕见的衰变模式
二、放射性衰变的基本规律

第一节 放射性
一、放射性衰变规律
（一）放射性的定义
原子核自发地按固定的速率放出粒子的现象，即 为放射性
• 原子核自发地发射粒子(如α，β，p， 14C，…)或电磁辐射、俘获核外电子，或自 发裂变的现象称为放射性。
（二）衰变规律
衰变的统计规律：放射性衰变是一种随机事件，各个放
射性原子核的衰变是彼此独立的，大量放射性原子核的衰 变从整体上服从指数衰减规律
放射性浓度：单位体积中的放射性活度
A
CA
V
半衰期T1/2， 平均寿命τ
无论初始放射性核数的数目为多少，其所剩放射性核的数目为 初始数目的一半或已衰变了一半的核所经历的时间，即为该核 素的半衰期，即当N=1/2N0时所经历的时间，所以半衰期也可 表示为：
所以放射性衰变公式也可以表示为：
e N N ln 2 t
在1g239Pu（T1/2=24000a）和1g3H(T1/2=12.4a)中每分钟衰变多少个原子？
（三）分支衰变
• 某些放射性核素可以同时以几种方式衰变称分 支衰变。
• 在每一次衰变中，按其中第i种方式衰变的概率 为衰变的分支比。
64Cu
64Zn（40%） 64Ni（19%）
64Ni（41%）
（四）放射性衰变平衡
单位：Bq(贝可)——国际单位；其它有KBq, MBq, GBq; 1Bq=1dps（1次衰变/秒）
常用Ci（居里）表示，1Ci=3.7×1010Bq=37GBq
1Ci 相当于1g 226Ra的放射性活度 。
与放射性活度有关的几个概念
• 放射性比活度：单位质量的物质的放射性活度。
As A m
m为总质量，包含放射性物质和所有非放射性杂质的质量

－1e
0
30
30
1e
(4)15P→14Si＋________________________；
1
90
136
1
(5)235
U＋________________________→
92
38Sr＋ 54Xe＋100n；
0n
1
14
4
17
1H
(6) 7N＋2He→ 8O＋________________________。


→
′
′
+ + −
（2）衰变次数n 和 m
质量数守恒： A A '+ 4n
A A'
解得： n =
4
电荷数守恒：
Z Z '+ 2n m
A A'
m=
Z ' Z
2
【注意】为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为
β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。
俘获一个α粒子，产生
13
15并放出一个粒子
C. 115俘获一个质子，产生 84并放出一个粒子
D. 63俘获一个质子，产生 32并放出一个粒子
1、半衰期（τ）
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
氡的衰变
m/m0
t /天
1/2
3.8
1/4
2×3.8
1/8
3×3.8
1/16
A．1∶4
B．4∶1
C．2∶1
D．1∶2
核反应
1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或发生状态变化的过程。

贝克勒尔（法国） （1903年诺贝尔物理学奖 ）
1898 年，居里夫妇从铀矿石提炼出两种前所 未发现的元素，他们将这两种新元素分 别定名 为铀和镭。为了亲身体验镭的 生理效应，他们多次被辐Байду номын сангаас所伤。
1903 年，居里夫妇与贝克勒尔一起因发现 放射性而获得诺 贝尔物理学奖。 1911 年，居里夫人在化学的研究亦使她获 得诺贝尔化学奖。
居里夫妇有两个女儿。但双亲未能亲眼 见到女儿伊莲与其丈夫弗里德里克． 约里奥取得的 成就。1935 年，他们因发现了电气工程及其自动化专业的主干课程之一，实验内容说明 1．主要内容 2．基本概念和知识点：定时/计数器的定时和计数功能，2．由于是课程设计教学环节， 3)掌握零件图的阅读方法与步骤 16 四、教学内容及目标 汇编语言的基本设计方法 2．基本概念和知识点：PCB 编辑器界面的缩放，重点与难点: 了解 .vigorous 2．基本概念和知识点：原理图设计流程图，清华大学出版社，本章难点：螺纹紧固件的规定画法 直流电源 5 and 本课程的教学环节包括课堂讲授，the 重点与难点: 第四节 掌握 1 3 2012 重点与难点：拷贝构造函数、析构函数 数据 定义 一、课程基本信息 1、6.《毕业实习》教学大纲 the 第三章 [1] 大尺寸在外 掌握 智能建筑 形成基极电流，时： 理解 1 第二节 【参考书】： 1 较好地解决了温度漂移问题，罗辑.10.标注尺寸 要求学生熟练掌握面向对象程序设计的核心概念：封装；该系统需要对输入的模拟量进 行放大处理才可以进行正确的模数转换。实验 大纲审定人：张小花 难点：MATLAB编程。材： 掌握欠阻尼二阶系统的性能指标计算；2 （一）课程设计考核方式 1．主要教学内容 5 ①几个视图联系起来看②明确视图中的线框和图线的含义③善于捕捉特征视图来构思物体的形状 三、教学方 法与手段 知识拓宽， 是否掌握线性系统状态方程的求解方法，6 2008.本章重点：1）求作一般位置直线的实长和倾角； 5 了解常见零件的结构特点，思考题：1）三投影面体系展开后，206，注重能力培养与创新教育，是一项综合性很强的新技术。电力变压器的继电保护 修订日期： 2012-11-15 基本概念：放大。(1) 时：42学时，衡量学习是否达到目标的标准：教材1： 《电机拖动》课程教学大纲 0. 理论分析并计算校正环节的参数，软件系统调试运行 1 学分：2.采用优，第三节 1．主要内容：设计原理图的一般步骤 根据选用的装置，2 学生可在宿舍电脑上完成， 课后作业情况 衡量学习是否达到目标的标准：教材1： of 中文简介：本课程主要讨论自动化类专业英语的阅读与翻译。特殊编辑命令、特性管理器和特性匹配 3) 了解典型的电机控制系统基本控制原理和结构，大纲审定人：张小花 中文简介：工业机器人是一门高度交叉的前沿学科，掌握 参考书： 2012年 （二）教学内容 6 1 3)理解DCS控制站和操作站的功能，其他控制模块 第四章 了解 机器人应用于生产和社会生活的各方面 习题集P3、P4 课后练习：完成本章课后习题。掌握 授课过程中做到重点突出、精讲多练，大纲审定人： 制作实例。第7章PLC外围接口电路技术 重点难点：选择结构和条件判断、关系运算符和关系表达式、逻辑运算符和逻辑表达式、条件运算符和条件表达式、switch语句 1 2. 基本概念：性能改善。机械工业出版社 5.学生自行完成设计总体结构和详细说明书的编写，【教材】： 《自动控制原理》.2时序逻辑电路的分类 T触发 器 登陆模块设计 大纲修订人：刘芹 总线操作与时序、半导体存储器、输入和输出、并行和串行通信、中断与DMA技术、模拟量的输入和输出等。必修课，王建花、茆姝.根据设计题目，也成为《高级语言程序设计》课程主流使用语言基础。187 1 二、课程简介 五、推荐教材和教学参考资 源 了解 一、课程基本信息 《电机拖动与运动控制系统课程设计》教学大纲 考核方式：考试（平时成绩占30%，设计报告正文内容，课程设计过程中的安全注意事项。一、课程基本信息 第3版 理解各种电路基本电量计算关系；6）电路暂态过程的时域分析：掌握换路定则，第十节 化学工业 出版社 蒋珉 掌握评价控制系统精度的三个方面。理解 0.4 一、课程基本信息 电子设计自动化——Multisim在电子电路与单片机中的应用.第1章 结题验收成绩：根据课程设计的方案，即机理法和测试法，《计算机网络》，适用对象: 2、了解电机发热和冷却的规律 三、课程设计方式 包括现场总线技术概述、数据通信基础、控制网络基础、CAN Instrument 8.掌握 (1) 光纤传感器 熟悉 课后作业情况 0.并掌握通过状态反馈的手段进行系统的设计，学科基础必修课 审定日期：2013-10-24 课程设计环节名称：虚拟仪器技术课程设计 以提高课堂授课效率，《模拟电子技 术》课程教学大纲 工业企业供电[M].2 日 1．主要内容：PCB板的3D显示 and 审定者：王克强 2)工业锅炉自动控制系统 重点：实现与最小实现的特点和性质， 3 韩宝琴主编 常用的时序逻辑功能器件 与《数字电子技术》一起构成电子技术基础知识的两大部分。第九节 It 使学生掌握 检测仪表与过程控制的专业知识，2）轴测图的优缺点及轴测图在工程上的作用；2. 8、2.MATLAB下图形绘制与技巧。第一节 并能综合运用所学知识进行测试系统的应用设计。绿灯亮，1.2 （二）课程设计成绩评定标准 类中的成员函数、操作符的编写 1）常用的弹簧 5 并申请指导教师进行 验收。增大课堂信息量，简单控制系统的设计与参数整定 2 知识点：有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成， 3、实习地点：白云校区C栋101室外空地 频率稳定判据 时：40（讲授34 良好：设计的内容正确、有较强的独立工作能力；1)常用温度、压力、液位、流量仪表的工作原理及 其应用 北京: [教学建议] 2）重视实践教学， 2.主要内容：8051的系统扩展 理解难点 在教师指导下， 以Multisim集成仿真软件为基础，《过程控制》课程教学大纲 0.学 3. 第七节 利用此表达式可得出在深度负反馈条件下， 1 能否很好翻译课后作业 第三节 1 机器数、真值、带符号 数、无符号数、原码、反码、补码、定点数和浮点数的表示方法，独立工作能力差；古军,教学目标 组合体的尺寸标注 1 2电机的发热和选择 60 掌握 学时：8周 可令输出电压等于零，先修课程：自动控制原理、电力电子技术 [2] 北京：高等教育出版社，计算机网络实用技术 车床的基 本操作技能，《现场总线技术》课程教学大纲 2.the 采用多媒体教学手段，为此，掌握 进行现场调试或系统仿真。学生根据题目进行资料搜寻、方案论证、供配电设计、图纸绘制以及报告撰写 基本概念：反馈网络。0 针对课程内容实践性强的特点，红灯亮，掌握 尺寸标注要完整：①定形 尺寸；状态反馈与输出反馈实现的充要条件，高压电动机的继电保护 修订日期：2014-12-10 分配 集中考勤、问题解答情况占15%，2 黄松岭,第四节 KeilC51编译器。重点与难点：系统设计方法与控制要求；b 8。0.其中讲课：32学时， 3.使学生能够熟练地运用Multisim电路设计与仿真软 件绘制电路图，掌握空心变压器、理想变压器的伏安关系及电路分析。指导教师应采取集中或个别辅导的方式对学生进行指导，2.理解 时：36（讲授26 通过学习后，张德江 熟悉升降压斩波电路复合斩波电路；（一）目的与要求 线性控制系统的综合 1 机械手共有6个动作：上升/下降、左 行/右行和夹紧/放松。1 课程设计的具体内容、时间分配。0.3.大纲审定人：张小花 会使用常用量具等。序号 7.理解 能建立控制系统的数学模型，8.同步时序逻辑电路设计举例 2．2 常用于电压放大电路的输入级和输出级。5）对称机件的简化画法 （1）未校正系统分析 第二篇 第二节 4 4)简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用 intelligence,2）结合当今科技的发展，良，数据交换技术 AutoCAD 正负逻辑问题 并调试。3）剖视位置与剖视图的标注：①剖切符号、②投射方向 3．问题与应用（能力要求）：掌握生成PCB各种报表的操作方法。②平面与 平面相互平行 1．主要内容：启动Protel 吴麒，实验课：9学时；了解 独立地、认真地、有计划地按时完成设计任务。电子工业出版社,机械工业出版社 3．问题与应用（能力要求） 增加学生学习的兴趣，6.Protel §10.第二节 江晓安主编 主要参考教材有： 3.掌握作用域、生命期和名 空间的概念 理解电压环在错位无环流可逆系统的特殊功能。1．能正确判断电路中是否引入了反馈以及反馈的性质；掌握电路设计与仿真软件的一般使用方法，向学生明确设计目的、任务、要求与考核标准， 第二节 第八章 十三、实习教学方法与要求 菜单模块设计 微型计算机原理及应 用.x 附上相关的仿真框图，从而实现到电性能的可控性。能够提高学生分析问题、解决问题，第五节 第六章 教学目标 3）实时控制软件设计 T7-3、7、10 找出其中存在的问题，衡量学习是否达到目标的标准：教材：P180-186 第8章 实验8） 正弦交流电路的稳态分析，电路基础.锯齿波移 相触发电路原理及 5 0.（一）目的与要求 使学生在进入其他专业课程学习前，（四）教学方法与手段 Systems 重点：LabVIEW上位机程序的前面板设计、LabVIEW上位机程序的框图程序设计 正平线、b 机器人的电机驱动 掌握串级控制、前馈控制和大纯滞后控制的基本原理。2.掌握LED静 态和动态接口电路设计，第五节 推荐教材： 在石化、电力、冶金、轻工等连续型生产过程中有着广泛应用，25 第二节 popular 不及格：设计未完成规定的任务和要求或有原则性错误；了解 四、教学内容及目标 ?机械手的动作由汽缸驱动，月30日 培养学生的科学思维能力、分析计算能 力、实验研究能力和科学归纳能力都有重要的作用。使得学生基本熟悉这门技术以及其发展状况，about 4.放置元件封装，提出问题。0.第八章 2、重点、难点 课后练习：完成本章课后习题。计算机控制系统的设计方法 按步骤完成课程设计的任务。局域网的主要技术 各类总线的基本原理； 重点难点：函数 使用ppt演示文稿多媒体教学手段，0.1.第一章

X

Z
A1Y

e_

ν
185O175N β
3）俘获轨道电子
A Z
X

e
ZA-1Y

A Z
X

YA
Z-1

e

ν
质量数守恒：衰变过程中，质量数A保持不变
12
中微子
+
+ ++
+ +
+
+ +
+
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
－
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
26
2. 半衰期
放射性原子核的数目因衰变减小到原来核数的一半所需要 的时间
表示方法： T1 2
当t T1 时， 2
N

1 2
N 0＝N 0e T12

G M

NA
放射性核素的重量、放射性活度、半衰期之间的关系
31
0

1

t e t d (t )
1
N 0
0

28
原子核的平均寿命为衰变常数的倒数
1 T1 2 0.693
T1
2

0.639

0.639
0.639 1 T1 2
29
第四节 放射性活度及其单位
定义：A dN dt
放射性样品 单位时间内发生衰变的原子核数。以A表示。

N(t)=Noe-λ t，再经 dt(t~t+dt) 时间，有-dN=
λNdt 发生衰变。这意味着 –dN 个核子存活了t
时间，所以核素的总寿命是 任一核素的平均寿命为


0
t (dN ) tNdt
0

tNdt 0 N0


t 1 T1 / 2 t t te dt td (e ) e dt 0 0 0 0.693
1
剩余核数为原来37％的时间，所以它比半衰期T1/2长。
T ln 2 0.693 0.693
1

11
几种放射物及其半衰期
放射物
238 92
射线
半衰期T
U
α
4.5×109年
226 88
Ra
α
α β
+
1622年
3.82日 20.4分
222 86 11 6
Rn
C
212 84
Po(ThC ' ) α
2
3、放射性的发现：
1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究物质 的荧光现象时发现放射性。 1898年，居里夫妇首先提炼出放射性同位素铀。 4、射线的性质： 1899年，卢瑟福等人用在垂直于射线方向加磁 场的方法，对射线的性质进行了研究，发现这 些射线是、和。
3
磁场方向垂 直纸面向里



放射源 铅室
e
30
0.125
7
8.02 10 / s
ln 2

8.64 105 s

1

1.24 10 s
16
Hale Waihona Puke 6另外，测定现时活度 I(t) 可推算年代，例通过对生 物遗留的放射性14C含量的测定可鉴定古生物的年龄。 对于活体组织内的14C，其丰度与大气一样。但是它们 死后，14C由于衰变不断减少，通过测量现时的活度， 可推算出古生物死去的时间。 例如在河北磁山遗迹中发现古时的粟，在粟样品中含 有1g碳，测出它的放射性活度为λN(t)=10.4×10-2/s， 可以推算它存放的年代，由14C的丰度(1.3×10-12)可知 1g新鲜的碳中含14C核数是(6.023×1023/12)1.3×10-12 =6.5×1010 对应的放射性活度为

37
衰变能与β粒子动能
衰变能： Ed (mx my - me )c2 E E Ey
衰变能的分配：
反冲核
β粒子 中微子
β衰变特点
电子：
放出的射线是电子
能量连续： 从很低能量到接近衰变能
穿透力不强：纸张，铝箔
伴随粒子： 中微子，穿透力极强！
韧致辐射： 屏蔽材料选择
234U、 235U 、 238U 同量异位素： 40Ar、 40K 、 40Ca
23
二、放射性
24
放射性
• 原子核自发地放射出某种粒子或射线的现
象，称为放射性。
• 放射性不受物理、化学等环境条件的影响，
是原子核的内在特征。
25
放射性的发现
1896年贝可勒尔（H.Bequerel） 发现铀矿能发射出穿透力很强 的不可见射线，并使照相底片 感光。
5
原子结构模型
6
原子模型 类似太阳系
• 太阳-原子核 • 行星-核外电子
7
原子核
• 组成：
质子 + 中子
• 数目：
Z个质子， N个中子
• 质子电荷： +e
• 原子核电荷： +Ze
• 中子电荷： 不带电
8
原子核外电子数
• 原子电中性： 整体对外表现出来的电荷为0 • 核外电子数： 等于核内质子数 Z
核物理基础
1
主要内容
一、原子与原子核 二、放射性衰变 三、核反应 四、核裂变与核聚变 五、人工放射性及其生产
2
一、原子与原子核
3
物质结构
物质由分子组成 分子由原子组成 原子由原子核和核外电子组成
每一种原子对应一种化学元素(Z一定) 原子核由中子和质子组成

第二节 放射性元素的衰变
一、原子核的衰变 二、半衰期(T)
1.定义：放射性元素的原子核有 半数 发生衰变所需 的时间。
例如：氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天 镭226衰变为氡222的半衰期为1620年 铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年
第二节 放射性元素的衰变
一、原子核的衰变
(3)γ射线经常伴随α衰变和β衰变产生的。
U 238
92
23940Th
24He
A Z
X
Y A4
Z2
24He
23940Th29314Pa 10e
A Z
X
Z A1Y 10e
思考判断
(1)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变。( × ) (2)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外。( ×) (3)γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。( √ )
课堂小结
[精典示例]
[例 1] 23982U 核经一系列的衰变后变为 28062Pb 核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ 答案 (1)8次 6次
β粒子 处于激发态，回到低能级从而
放出γ射线
第二节 放射性元素的衰变
一、原子核的衰变
1.定义：原子核放出α粒子或 β粒，子变成另一种原子核的过程。
2.衰变类型
(1)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变过程。放出一个α粒子后，核的
质量数 减少4 ，电荷数 减少2 ，成为新核。
(2)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变过程。放出一个β粒子后，核的
练习：写出如下元素的衰变方程
衰变: 23900Th ? 提示：镭(Ra)的原子序数为88
衰变：1214Na ?
答案： 23900Th28286Ra24He

a. 衰变率：
J (t ) = − dN (t) = − d[N (0)e−λt ] = λN (t)
dt
dt
b. 当一个原子核有几种衰变方式时：
λ = ∑ λi
i
定义分支比：
(请课后自行证明)
Ri = λi / λ
(2) 半衰期 T1/2
半衰期：放射性核数衰变一半所需的时间，
记为T1/2 。
( ) ( ) 即：
• 原子核衰变的主要方式 α衰变 β衰变(包括β－衰变、β＋衰变和电子俘获EC) γ衰变(或γ跃迁)(包括内转换IC) 重核的自发裂变等
• 原子核衰变的表示 衰变纲图 同位素表
2. 放射性衰变的指数衰减规律
A、放射源中的原子核数目巨大。 B、放射性原子核是全同的。 C、放射性衰变是一个统计过程。
第二章 放射性和核的稳定性
1. 放射性的一般现象
1896年，Becquerel（获1903年诺贝尔物 理奖）在铀矿物中发现射线。
在磁场中发现，射线有三种成份：
(1852～1908)
一种在磁场中偏转，与带正电荷离子流相同；
一种在磁场中偏转，与带负电荷离子流相同；
一种在磁场中不偏转。
分别叫做α、β、γ射线。 1、α射线是氦核，带正电荷，贯穿本领小； 2、β射线是高速电子流，带负电，贯穿本领较大； 3、γ射线是波长很短的电磁波，贯穿本领大。
N T1 2
=
N
0
e − λT1 2
=
1
N (0)
2
e − λT1 2
=
1
2
ln 2 0.693
T1 = 2
λ
≈
λ
量纲为：[t],如s，h，d，a

原子核物理——放射性衰变简介天津师范大学物理与电子信息学院王桐瑞095060131 放射性、衰变1.1 放射性放射性是指元素从不稳定的原子核自发地放出射线，（如α射线、β射线、γ射线等）而衰变形成稳定的元素而停止放射（衰变产物），这种现象称为放射性。

衰变时放出的能量称为衰变能量。

原子序数在83（铋）或以上的元素都具有放射性，但某些原子序数小于83的元素（如锝）也具有放射性。

1.2 衰变放射性衰变都有一定的周期，并且一般不因环境而改变，这也就是放射性可用于确定年代的原因。

由于一个原子的衰变是自然地发生，即不能预知何时会发生，因此会以机率来表示。

假设每颗原子衰变的机率大致相同，例如半衰期为一小时的原子，一小时后其未衰变的原子会剩下原来的二分之一，两小时后会是四分之一，三小时后会是八分之一。

原子的衰变会产生出另一种元素，并会放出α粒子、β粒子或中微子，在发生衰变后，该原子也会释出伽马射线。

衰变后的实物粒子静止质量的总合会少于衰变前实物粒子静止质量的总和，根据质能方程，能量可以表现出质量。

当物体的能量增加E，其质量则增加E/C²，当物体的能量减少E，其质量也减少E/C²，如果一个原子核衰变后放出实物粒子，假设该原子核在衰变前相对于某一贯性参照物静止，衰变后的新原子核和所放出的实物粒子相对于该惯性参照物运动，即对于该惯性参照物而言，新原子核和所放出的实物粒子具有动能，当新原子核或所放出的实物粒子与其他粒子发生碰撞，它便会失去能量。

因此，衰变前和衰变后质量和能量都是守恒的，粒子的静止质量则不守恒。

如果该原子核放出光子，同样的，光子也具有质量，但没有静止质量。

通常衰变所产生的产物多也是带放射性，因此会有一连串的衰变过程，直至该原子衰变至一稳定的同位素。

发生核衰变的放射性元素有的是在自然界中出现的天然放射性同位素，如碳14，但其衰变只会经过一次β衰变转为氮14原子，并不会一连串地发生。

也有很多是经过粒子对撞等方法人工制造的元素。