第二章放射性衰变的种类和规律课资资源.ppt

核辐射物理基础核辐射物理基础1骄阳书屋第二章第二章 放射性衰变的种类及其规律放射性衰变的种类及其规律 §2.1 衰变种类衰变种类 §2.2 衰变纲图衰变纲图 §2.3 放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律 §2.4 放射性活度及其单位放射性活度及其单位 §2.5 放射性核素的重量与活度的关系放射性核素的重量与活度的关系2骄阳书屋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核力，核力使原子核中的核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核内质子数和中子数的比例有关 Z Z<20 Z/N=1 Stability20 Z/N=1 Stability Z Z>20 N/Z20 N/Z>1 Stability1 Stability Z Z>83 Unstability83 Unstability 第一节第一节 放射性衰变放射性衰变3骄阳书屋元素元素——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和和127I；；核素核素——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，如核素同一元素可有多种核素，如131I、、127I、、3H、、99mTc、、99Tc分别为分别为3种种元素的元素的5种核素；种核素；同位素同位素——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相同位置，互称为该元素的同位素44骄阳书屋 原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素(stable (stable nuclide);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稳定的核素称为放射性核素(radionuclide);(radionuclide); 放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发地释放出一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)(radiation decay)。

5骄阳书屋放射性来源于原子核的衰变放射性来源于原子核的衰变：不稳定的核素不稳定的核素 衰变衰变稳定的核素稳定的核素• 原子核自发地放射出某种粒子或原子核自发地放射出某种粒子或射线的现象，称为放射性射线的现象，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6骄阳书屋射线在电场中的偏转射线在电场中的偏转 ：： 在电在电/磁场中偏转，与带正电荷离子流相同；磁场中偏转，与带正电荷离子流相同； ：： 在电在电/磁场中偏转，与带负电荷粒子流相同；磁场中偏转，与带负电荷粒子流相同； ：： 在电在电/磁场中不偏转，电中性磁场中不偏转，电中性7骄阳书屋+++++++++从母核中射出从母核中射出的的4 4HeHe原子核原子核238U4He + 234Th放射性母核放射性母核二、基本衰变类型二、基本衰变类型1. 1.    衰变衰变衰变衰变 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8骄阳书屋元素周期表元素周期表左移左移2格格α衰变衰变表达式表达式：：9骄阳书屋Ø穿透能力：非常弱，在空气中的射程约几厘米。

在穿透能力：非常弱，在空气中的射程约几厘米在固体材料中的射程固体材料中的射程10-2010-20微米一张薄纸就能挡住一张薄纸就能挡住 Ø 能量：能量分立能量：能量分立 一般情况下，一般情况下， α粒子能量粒子能量 4-8 MeVØ 重核才具有重核才具有α衰变衰变 （（A>150））共共200多种多种α粒子的特点粒子的特点：：10骄阳书屋2. 2.    衰变衰变衰变衰变oβ-衰变衰变 3215P → 3216S + β- + Ue + 1.71MeVo正电子衰变正电子衰变 137N → 136C + β+ + υ + 1.190MeVβ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11骄阳书屋β衰变的三种情况：衰变的三种情况： 1 1））ββ- -衰变衰变 放出放出负电子负电子2 2））ββ+ +衰变衰变 放出放出正电子正电子3）俘获轨道电子）俘获轨道电子质量数守恒：衰变过程中，质量数质量数守恒：衰变过程中，质量数A保持不变保持不变12骄阳书屋+++++++++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13骄阳书屋1 1））ββ- -衰变衰变 放出放出负电子负电子14骄阳书屋2 2））ββ+ +衰变衰变 放出放出正电子正电子15骄阳书屋3）俘获轨道电子）俘获轨道电子质子变成中子质子变成中子X射线射线核外轨道电子核外轨道电子16骄阳书屋3）俘获轨道电子）俘获轨道电子电子俘获电子俘获电子俘获电子俘获：：：：7 7 7 7BeBeBeBe 7 7 7 7Li Li Li Li17骄阳书屋 -衰变衰变：：3 3H H 3 3He+ He+  -18骄阳书屋+++++++++－中微子 光子3. 3.    衰变衰变衰变衰变Øγ衰变往往是继发于衰变往往是继发于α衰变或衰变或β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γ-ray 释放释放出过剩能量出过剩能量¨99Mo → 99mTc + β- → 99Tc + γ (T1/2: ①①66.02d; ②②6.02h)¨131I → 131Xe + β- +γ (T1/2:8.04d)19骄阳书屋 衰变衰变：：99m99mTcTc 99Tc20骄阳书屋 137137Cs Cs 137137Ba* Ba* （激发态）（激发态）母核母核  - -衰变衰变   衰变衰变 137137Ba + Ba +   射线（射线（661.7 keV661.7 keV）） 子核（基态）子核（基态） （（0.00.0）） 射线射线是什麽？是什麽？ 射线就是高能量的光子：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，在这个过程中发射迁，在这个过程中发射  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21骄阳书屋 衰变特点：衰变特点：1.1.从原子核中发射出光子从原子核中发射出光子2.2.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3.3.产生的射线能量离散产生的射线能量离散4.4.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22骄阳书屋α 衰变衰变β- - 衰变衰变β+ + 衰变衰变   衰变衰变23骄阳书屋第二节第二节 衰变纲图衰变纲图Decay scheme用以综合反映某核素放射性衰变的主要特征和数的示意图用以综合反映某核素放射性衰变的主要特征和数的示意图 24骄阳书屋Ø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：表达式为： N=N0e-λt λ: decay constant t: decay time e: base of natural logarithm第三节第三节 衰变的基本规律衰变的基本规律25骄阳书屋指数衰减规律指数衰减规律 N = N0e- t N0: （（t = 0）时放射性原子）时放射性原子 核的数目核的数目N: 经过经过t时间后未发生衰变的放射性原子核时间后未发生衰变的放射性原子核数目数目 :放射性原子核衰变常数（放射性原子核衰变常数（单位时间内一个原单位时间内一个原子核衰变的几率子核衰变的几率）） 大小只与原子核本身性质有关，与外界条大小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关件无关; 数值越大衰变越快数值越大衰变越快半衰期半衰期半衰期半衰期(half-live)(half-live)：：放射性原子核数从N0衰变到N0的1/2所需的时间N = NN = N0 0e e- - t t1、衰变规律、衰变规律26骄阳书屋2. 半衰期半衰期 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的时间半衰期是放射性原子核的重要特征常数之一半衰期是放射性原子核的重要特征常数之一不同放射性核有不同的半衰期不同放射性核有不同的半衰期表示方法：表示方法：27骄阳书屋3. 平均寿命平均寿命τ放射性原子核的每一个原子核生存时间的平均值放射性原子核的每一个原子核生存时间的平均值有的核在有的核在 时刻就衰变了时刻就衰变了有的核在有的核在 时才衰变时才衰变所有核的总寿命：所有核的总寿命：28骄阳书屋原子核的平均寿命为衰变常数的倒数原子核的平均寿命为衰变常数的倒数29骄阳书屋第四节第四节 放射性活度及其单位放射性活度及其单位 放射性样品放射性样品 单位时间单位时间内内发生衰变发生衰变的的原子核数原子核数。

以以A表示表示定义：定义：单位：贝可勒尔（单位：贝可勒尔（Bq）：）：1Bq=每秒每秒1次核衰变次核衰变居里（居里（Ci））: 1Ci=3.7×1010次衰变次衰变/s 放射性活度是指放射性活度是指单位时间发生衰变的原子核数目单位时间发生衰变的原子核数目，而不，而不是放射源发出的是放射源发出的粒子数目粒子数目30骄阳书屋第五节第五节 核素重量和活度的关系核素重量和活度的关系核素的克质量为G、原子质量数为M，则初始时刻的核素数量N为：放射性核素的重量、放射性活度、半衰期之间的关系放射性核素的重量、放射性活度、半衰期之间的关系31骄阳书屋。