第二章_放射性衰变的种类和规律

1核辐射物理基础2第二章放射性衰变的种类及其规律§2.1衰变种类§2.2衰变纲图§2.3放射性衰变的基本规律§2.4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3一、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，与核内质子数和中子数的比例有关。Z20Z/N=1StabilityZ20N/Z1StabilityZ83Unstability第一节放射性衰变4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131I和127I；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，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分别为3种元素的5种核素；同位素——凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位素。45原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素(stablenuclide);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(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(radiationdecay)。6放射性来源于原子核的衰变：不稳定的核素衰变稳定的核素•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。7射线在电场中的偏转：在电/磁场中偏转，与带正电荷离子流相同；：在电/磁场中偏转，与带负电荷粒子流相同；：在电/磁场中不偏转，电中性。8+++++++++从母核中射出的4He原子核238U4He+234Th放射性母核二、基本衰变类型1.衰变238U→234Th+4He+Q粒子得到大部分衰变能，粒子含2个质子，2个中子9HeYX424A2ZAZ-2ZZ4AAYXYX元素周期表左移2格α衰变表达式：10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10-20微米。一张薄纸就能挡住。能量：能量分立一般情况下，α粒子能量4-8MeV重核才具有α衰变（A150）共200多种α粒子的特点：112.衰变β-衰变3215P→3216S+β-+Ue+1.71MeV正电子衰变137N→136C+β++υ+1.190MeVβ射线本质是高速运动的电子流发生原因——母核中子或质子过多12β衰变的三种情况：1）β-衰变放出负电子2）β+衰变放出正电子3）俘获轨道电子νeYX_A1ZAZβNO157158YeXA-1ZAZβFO199198νeYXAZ-1AZ质量数守恒：衰变过程中，质量数A保持不变13+++++++++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+中微子－反中微子三种子体分享裂变能——因此电子具有连续能谱141）β-衰变放出负电子νeYX_A1ZAZβNC114746152）β+衰变放出正电子βBC115116νeYXAZ-1AZ163）俘获轨道电子YeXA-1ZAZ质子变成中子X射线核外轨道电子173）俘获轨道电子电子俘获：7Be7Li18-衰变：3H3He+-19+++++++++－中微子光子3.衰变γ衰变往往是继发于α衰变或β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γ-ray释放出过剩能量99Mo→99mTc+β-→99Tc+γ(T1/2:①66.02d;②6.02h)131I→131Xe+β-+γ(T1/2:8.04d)20衰变：99mTc99Tc21137Cs137Ba*（激发态）母核-衰变衰变137Ba+射线（661.7keV）子核（基态）（0.0）射线是什麽？射线就是高能量的光子：几百keV-MeV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，在这个过程中发射射线，原子核能态降低。射线是高能量的电磁辐射——光子22衰变特点：1.从原子核中发射出光子2.常常在或衰变后核子从激发态退激时发生3.产生的射线能量离散4.可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别23α衰变β-衰变β+衰变衰变24第二节衰变纲图Decayscheme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25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，其表达式为：N=N0e-λtλ:decayconstantt:decaytimee:baseofnaturallogarithm第三节衰变的基本规律26指数衰减规律N=N0e-tN0:（t=0）时放射性原子核的数目N:经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数（单位时间内一个原子核衰变的几率）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-t1、衰变规律272.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21T半衰期是放射性原子核的重要特征常数之一6390221.lnT时，当21Tt210021TeNNN＝不同放射性核有不同的半衰期表示方法：283.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有的核在时刻就衰变了有的核在时才衰变0tt所有核的总寿命：0Ntdt1)(10000tdetNdteNttt29原子核的平均寿命为衰变常数的倒数6930121.T6390639021..T1639021T.30第四节放射性活度及其单位放射性样品单位时间内发生衰变的原子核数。以A表示。定义：dtdNA单位：贝可勒尔（Bq）：1Bq=每秒1次核衰变居里（Ci）:1Ci=3.7×1010次衰变/s放射性活度是指单位时间发生衰变的原子核数目，而不是放射源发出的粒子数目。31第五节核素重量和活度的关系NdtdNA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：ANMGN放射性核素的重量、放射性活度、半衰期之间的关系