第二章新核物理

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1、第二章第二章 放射性和核的稳定性放射性和核的稳定性 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律 2.2 放射性平衡放射性平衡 2.3 人工放射性的生长人工放射性的生长 2.5 放射性鉴年法放射性鉴年法 2.6 原子核的结合能原子核的结合能 2.7-2.9 原子核的液滴模型原子核的液滴模型返回主目录不稳定的原子核会放出辐射，失去部不稳定的原子核会放出辐射，失去部分粒子能量。分粒子能量。这个过程称为放射衰变这个过程称为放射衰变或蜕变。或蜕变。 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律原子核衰变后，会变成另一种元素的原子核。原子核衰变后，会变成另一种元素的原子核。母核母核衰變衰變X子核

2、子核Y辐射辐射 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律思考它会变成另一种新元素它会变成另一种新元素它的质量减少，但化学性质不变它的质量减少，但化学性质不变它会变得稳定它会变得稳定它会完全消失它会完全消失其他：其他：_在放射性核素衰变时，有什么会发生？在放射性核素衰变时，有什么会发生？ 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律一、放射性的一般现象一、放射性的一般现象 1、放射性的发现、放射性的发现 1） 射线射线：高速运动的高速运动的HeHe核组成，核组成，电离作用强，穿透本领低。电离作用强，穿透本领低。 2） 射线射线：高速运动的电子流，高速运动的电子流，电离作用弱，穿透本领

3、较强。电离作用弱，穿透本领较强。 3 3） 射线射线：波长很短的电磁波，穿透能力最强，波长很短的电磁波，穿透能力最强，电离作用最弱。电离作用最弱。 现在知道，有许多天然的和人工生产的核素都能自发地发射各种射线。如上述三种射线。还有一些核素发射正电子、质子、中子等其它粒子。 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律2 2、放射性：、放射性：原子核原子核自发地自发地放射各种射线的现象。放射各种射线的现象。 放射性核素：放射性核素：能能自发地自发地放射各种射线的核素。放射各种射线的核素。也叫不稳定的核素。也叫不稳定的核素。 这一现象不是外界因素引起的，而是原子核本身固有的性质，只和它的内部状

4、态有关。 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律3 3、核衰变、核衰变 原子核原子核自发地自发地放射出放射出 或或 等粒子而发生等粒子而发生的转变称为核衰变。的转变称为核衰变。 衰变：衰变： YXAZAZ42 衰变：衰变： YXAZAZ1（ + + ） YXAZAZ1（ - - ） 跃迁：跃迁：处于激发态的原子核向基态或较低激发态跃迁。处于激发态的原子核向基态或较低激发态跃迁。YeXAZkAZ1（EC） 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律 YXAZAmZ4 4、天然放射性和人工放射性、天然放射性和人工放射性 天然放射性：天然放射性：天然存在的放射性核素所具有的天然存在的

5、放射性核素所具有的 放射性。放射性。 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律天然放射性核素可分为两类：天然放射性核素可分为两类： 1 1）与地球同时形成的至今存在的一些的长寿命放射性核）与地球同时形成的至今存在的一些的长寿命放射性核素。如：素。如：238238U U、232232Th Th 、8787Rb Rb 、4040K K等。等。 2 2）宇宙射线撞击地球物质原子核，引起核反应生成的放）宇宙射线撞击地球物质原子核，引起核反应生成的放射性核素。如：射性核素。如：1414C C、1010Be Be 、2626Al Al 、3636CLCL等。等。 自然界的放射性系列有三个：铀自然界

6、的放射性系列有三个：铀(U)(U)系、钍系、钍(Th)(Th)系和锕铀系和锕铀(AcU)(AcU)系。有人工方法能够得到镎系。有人工方法能够得到镎(Np)(Np)系，放射性系列中的系，放射性系列中的元素的原子序数都大于元素的原子序数都大于8181。 除上述成系列的天然放射性元素外，还有除上述成系列的天然放射性元素外，还有180180多种不成多种不成系列的天然放射性元素，它们经过一次衰变后即成稳定元素，系列的天然放射性元素，它们经过一次衰变后即成稳定元素，如钾如钾4040K K，铷，铷8787RbRb等。等。人工放射性：人工放射性：用人工办法产生的放射性。一般用人工办法产生的放射性。一般 利用反

7、应堆或加速器来产生。利用反应堆或加速器来产生。 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律人工放射性同位素的应用人工放射性同位素的应用医疗医疗放射疗法放射疗法( )示踪物示踪物( ，数，数日日)消毒消毒( )（相片提供：Prince of Wales Hospital/Dept. of Clinical Oncology）（相片提供：UKAEA） 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律工工 业业厚度计厚度计( ， 103 年年)烟雾探测器烟雾探测器（火警警报）（火警警报）( ，102 年年)作为示踪物检查水作为示踪物检查水道系统的泄漏情況道系统的泄漏情況( ，数，数小时小时)（

8、相片提供：UKAEA） 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律农业农业作为示踪物追踪植作为示踪物追踪植物吸收肥料的情況物吸收肥料的情況( ，数，数日日)碳碳-14 年代测定法年代测定法*使用天然的放射性同位素使用天然的放射性同位素( ，103 年年)考古学考古学 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律 核衰变核衰变 a a 原子核是一个量子体系，核衰变是一个量子跃迁过程。原子核是一个量子体系，核衰变是一个量子跃迁过程。 b b 元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的。内部结构的。 2.1 放射性

9、衰变的基本规律放射性衰变的基本规律二、放射性衰变的指数衰减规律二、放射性衰变的指数衰减规律 c c 对一个特定的放射性核素，其衰变的精确时间是无法预对一个特定的放射性核素，其衰变的精确时间是无法预测的；但对足够多的放射性核素的集合，其衰变规律是测的；但对足够多的放射性核素的集合，其衰变规律是确定的，并服从量子力学的统计规律。确定的，并服从量子力学的统计规律。1 1、指数衰减规律、指数衰减规律 实验：以实验：以 为例，其变化规律为为例，其变化规律为 PoRn2188422286 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律tNtN0/ )(ln将（将（2.1-3）化为指数形式，则得）化为指数

10、形式，则得 （2.1-3） teNtN0)(（2.1-42.1-4） 可见，氡的衰变服从可见，氡的衰变服从指数衰减规律指数衰减规律。实。实验表明，任何放射性物质在单独存在时都服验表明，任何放射性物质在单独存在时都服从这样的衰减规律，不同的是从这样的衰减规律，不同的是 不同。不同。 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律tInNInN02、衰变常数、衰变常数 、半衰期、半衰期T1/2 和平均寿命和平均寿命 1 1）衰变常数）衰变常数 对（对（2.1-42.1-4）微分得）微分得 dttNdN)(则则 dtNdN /物理意义：物理意义： 表示每个原子核的衰变概率。表示每个原子核的衰变概率

11、。 表示单位时间内每个原子核的衰变概率表示单位时间内每个原子核的衰变概率。 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律量纲为：量纲为：tt-1-1, ,如如1/s1/s，1/h1/h，1/d1/d，1/a1/aNdN /1.1.意义：意义： 表示放射性元素衰变快慢的物理量表示放射性元素衰变快慢的物理量 2.2.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间间 不同的放射性元素其半衰期不同不同的放射性元素其半衰期不同2）半衰期）半衰期T1/2 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律 2.1 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律0