放射性衰变的种类和规律

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,核辐射物理基础,1,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,2,一、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。,Z,20 N/Z,1 Stability Z,83 Unstability,第一节 放射性衰变,3,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,131,I,和,127,I,；,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,131,I,、,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。,4,4,原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素,(stable 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,(radiation decay),。,5,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。,6,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。,7,+,+,+,+,+,+,+,+,+,从母核中射出的,4,He,原子核,238,U,4,He +,234,Th,放射性母核,二、基本衰变类型,1. ,衰变,238,U ,234,Th +,4,He + Q,粒子得到,大部分衰变能，,粒子,含,2,个质子，,2,个中子,8,元素周期表左移,2,格,衰变,表达式,：,9,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，,粒子能量,4-8,MeV,重核才具有,衰变 （,A150,）,共,200,多种,粒子的特点,：,10,2.,衰变,-,衰变,32,15,P ,32,16,S + ,-,+ Ue + 1.71MeV,正电子衰变,13,7,N ,13,6,C + ,+,+ + 1.190MeV,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,11,衰变的三种情况：,1,）,-,衰变 放出,负电子,2,）,+,衰变 放出,正电子,3,）俘获轨道电子,质量数守恒：衰变过程中，质量数,A,保持不变,12,+,+,+,+,+,+,+,+,+,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,13,1,）,-,衰变 放出,负电子,14,2,）,+,衰变 放出,正电子,15,3,）俘获轨道电子,质子变成中子,X,射线,核外轨道电子,16,3,）俘获轨道电子,电子俘获,：,7,Be,7,Li,17,-,衰变,：,3,H,3,He+,-,18,+,+,+,+,+,+,+,+,+,中微子,光子,3. ,衰变,衰变往往是继发于,衰变或,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,-ray,释放出过剩能量,99,Mo ,99m,Tc +,-,99,Tc + ,(T,1/2,: 66.02d; 6.02h),131,I ,131,Xe +,-,+,(T,1/2,:8.04d),19,衰变,：,99m,Tc,99,Tc,20,137,Cs,137,Ba*,（激发态）,母核 ,-,衰变 衰变,137,Ba + ,射线（,661.7 keV,）,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,21,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,22,衰变,-,衰变,+,衰变,衰变,23,第二节 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,24,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=N,0,e,-t,: decay constant,t: decay time,e:,base of natural logarithm,第三节 衰变的基本规律,25,指数衰减规律,N = N,0,e,-,t,N,0:,（,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,N,0,衰变到,N,0,的,1/2,所需的时间,N = N,0,e,-,t,1,、衰变规律,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,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,表示方法：,27,3.,平均寿命,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,所有核的总寿命：,28,原子核的平均寿命为衰变常数的倒数,29,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：,单位：贝可勒尔（,Bq,）：,1Bq=,每秒,1,次核衰变,居里（,Ci,）,:,1Ci=3.710,10,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,。,30,第五节 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,31,