第一节原子核结构课件.ppt

1、重庆医科大学彭志平川北医学院附属医院谢建平原子核中子质子电子+原子核结构原子核结构:X X为元素符号为元素符号Z Z为质子数为质子数N N为中子数为中子数A A为质量数为质量数元素元素具有相同质子数的原子，化学性质相同，但其中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，如子数可以不同，如131131I I和和127127I I；核素核素质子数相同，中子数也相同，且具有相同能量状质子数相同，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，如态的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如131131I I、127127I I、3 3H H、99m99mTc

2、Tc、9999TcTc分别为分别为3 3种元素的种元素的5 5种核素；种核素；同质异能素同质异能素质子数和中子数都相同，但处于不同的核质子数和中子数都相同，但处于不同的核能状态原子，能状态原子，如如99m99mTcTc、9999TcTc。同位素同位素凡同一元素的不同核素（质子数同，中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素的同位素。4一、核力和放射性核素一、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原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力核力，核，核力使原子核中的核子结合在一起，同

3、时，原子核中又存在带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。质子数和中子数的比例有关。Z Z20 N/Z20 N/Z1 Stability1 Stability Z Z83 Unstability83 Unstability 原子核稳定，不会自发衰变的核素称为原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素稳定核素(stable nuclide);(stab

4、le nuclide);原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调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整才能趋于稳定的核素称为放射性核素放射性核素(radionuclide);(radionuclide);放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发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子的过程称为放射性衰变放射性衰变(radiation decay)(radiation decay)。+从母核中射出从母核中射出的的4 4HeHe原子核原子核238U(铀铀

5、)4He+234Th(钍钍)放射性母核放射性母核 238U 234Th+4He+Q 粒子得到粒子得到大部分衰变能，大部分衰变能，粒子粒子含含2 2个质子，个质子，2 2个中子个中子-衰变：衰变：3215P 3216S+-+Ue+1.71MeV正电子衰变：正电子衰变：137N 136C+1.190MeV射线本质是高速运动的电子流射线本质是高速运动的电子流发生原因发生原因母核中子或质子过多母核中子或质子过多+质子转变成中子，并且质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷带走一个单位的负电荷+中微子反反中微子三种子体分享裂

6、变能三种子体分享裂变能因此电子具有连续能谱因此电子具有连续能谱质子变成中子质子变成中子X射线射线electron capture）核外轨道电子核外轨道电子+中微子 光子 衰变衰变往往是继发于往往是继发于衰变或衰变或衰变后发生，这些衰变后，衰变后发生，这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原子核以放出原子核还处于较高能量状态，原子核以放出-ray-ray 释放出过释放出过剩能量剩能量99Mo 99mTc+-99Tc+(T T1/21/2:66.02d;66.02d;6.02h)6.02h)131I 131Xe+-+(T (T1/21/2:8.04d):8.04d)射线射线是什麽？是什麽？射线就是

7、高能量的光子：几百射线就是高能量的光子：几百keV-MeV keV-MeV 量级量级 衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在这个过程中发射这个过程中发射 射线，原子核能态降低。射线，原子核能态降低。射线是高能量的电磁辐射射线是高能量的电磁辐射 光子光子 衰变特点：衰变特点：l从原子核中发射出光子从原子核中发射出光子l常常在常常在 或或 衰变后核子从激发态退激时发生衰变后核子从激发态退激时发生l产生的射线能量离散产生的射线能量离散1.1.可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别 衰变衰变-衰

8、变衰变+衰变衰变 衰变衰变 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，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：射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式为：N=N0e-t:decay constant t:dec

9、ay time e:base of natural logarithm指数衰减规律：指数衰减规律：N=N0e-t N0：（：（t=0）时放射性原子核的）时放射性原子核的数目数目N：经过：经过t时间后未发生衰变的时间后未发生衰变的放射性原子核数目放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数；大小放射性原子核衰变常数；大小只与原子核本身性质有关，只与原子核本身性质有关，与外界条件无关；数值越大与外界条件无关；数值越大衰变越快衰变越快：放射性原子：放射性原子核数从核数从N0衰变到衰变到N0的的1/2所需所需的时间的时间N=NN=N0 0e e-t t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：

10、dps:disintegration per second cps:counts per second-定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。-单位：单位：Bq/kg;Bq/m3;Bq/l（activity,A)定义：单位时间内发生衰变的原子核数定义：单位时间内发生衰变的原子核数 A=dN/dt1 1Bq=1Bq=1次次 S S-1-11Ci=3.71Ci=3.7101010 10 BqBq1Ci=1000mCi1Ci=1000mCi。原子原子。射线射线(n)物质：气体、液体、固体、包括人体等Interactions of charged

11、particles with matter(,)Ionization 电离电离Excitation 激发激发Scattering 散射散射Bremsstrahlung 轫制辐射轫制辐射Interactions of -ray with matter Photoelectric effect 光电效应光电效应Compton scattering 康普顿散射康普顿散射Pair production 电子对生成电子对生成光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应电子对效应电子对效应产生次级电子产生次级电子电离效应电离效应次级电子使次级电子使物质原子电离物质原子电离 射线射线第第1 1步步初级作用初级作用第

12、第2 2步步次级作用次级作用2.2.射线与物质相互作用射线与物质相互作用光电效应光电效应 自由电子自由电子作用机制：作用机制：光子同光子同(整个整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子，壳层中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。本身消失了。+A A*+e-（光电子）（光电子）原子原子 A +X射线射线原子原子受激原子受激原子电子对效应：电子对效应：能量能量1.02MeV1.02MeV的的 射线与原子核射线与原子核作用可能产生一对正负电子。作用可能产生一对正负电子。M M +e+e-1 +2 1.02 MeV me me 0.511MeV 0.511MeV基本条件：基本条件：射线能量射线能量 E 1.02 MeV 为什麽？为什麽？能量转化成质量能量转化成质量M=E/C2 e+e-+me+me-=0.511 +0.511 MeV 质量转化为能量质量转化为能量 转化效率转化效率 （100%）谢谢 谢谢