山东大学课程.ppt
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1、山东大学课程 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 原子核的结构与基本性质原子核的结构与基本性质一、核的组成一、核的组成质子质子 p +e Z中子中子 n 0 N核核核核子子质量数质量数A=Z+N 核内核子的个数;核内核子的个数;近似计算用近似计算用 Au代替核的质量代替核的质量mn=1.008665u;mp=1.007276u单单位位量量度度为为原原子子质质量量单单位位:1u=1.6605655 10-27 kg 任何一个原子核都任何一个原
2、子核都可以用符号来表示可以用符号来表示 医学物理学1.同位素:同位素:Z相同、相同、N不同;不同;2.化学性质相同;化学性质相同;3.周期表中占同一位置周期表中占同一位置如如2.同量异位素:同量异位素:A 相同,相同,Z 不同的核素不同的核素如如3.同核异能素:同核异能素:A、Z 相同,能量不同的核素相同,能量不同的核素如如4.放射性核素:不稳定的、能自发放出某种射线的核素放射性核素:不稳定的、能自发放出某种射线的核素如如 处于激发态的核处于激发态的核医学物理学二、核的大小和密度二、核的大小和密度原子半径原子半径1010 m核半径核半径试验常数试验常数医学物理学1)核力具有饱和性)核力具有饱和
3、性只能与核内相邻近核子发生核力作用,而邻近核子只能与核内相邻近核子发生核力作用,而邻近核子数是相当有限的,核力具有明显的数是相当有限的,核力具有明显的饱和性饱和性。1、核力的性质、核力的性质(nuclear force)三、原子核的性质三、原子核的性质医学物理学 2)核力是强相互作用核力是强相互作用 每一核子的平均结合能是每一核子的平均结合能是8Mev,而核子间的万,而核子间的万 有引力势能只有有引力势能只有10-36Mev。4)核力是核力是短程力短程力两核子间距大于两核子间距大于10 fm时完全无核力作用;时完全无核力作用;0.82.0 fm时表现为引力;小于时表现为引力;小于0.8 fm时
4、为强烈的斥力作用。时为强烈的斥力作用。3)核力与核子的带电状况无关核力与核子的带电状况无关 质子和质子之间,中子和中子之间,中子和质子质子和质子之间,中子和中子之间,中子和质子之间的核力是相同的。之间的核力是相同的。医学物理学2、原子核是个带电系统原子核是个带电系统具有动量矩和磁矩具有动量矩和磁矩自旋自旋在磁场的作用下,原来的一个能在磁场的作用下,原来的一个能级分裂成几个子能级。级分裂成几个子能级。原子核是一个带正电荷的旋转系统原子核是一个带正电荷的旋转系统3、原子核的能级是分立的。原子核可以处在不同的、原子核的能级是分立的。原子核可以处在不同的能量状态上,即能级上,在外界作用下可以发生核能能
5、量状态上,即能级上,在外界作用下可以发生核能 级的跃迁。级的跃迁。医学物理学 原子核质量原子核质量mX总小于它所包含的质子质量和中总小于它所包含的质子质量和中子质量之和,子质量之和,核子结合成原子核,质量减少了,核子结合成原子核,质量减少了,所减少的质量称为质量亏损。所减少的质量称为质量亏损。孤立核子组成原子核时所放出的能量,称为孤立核子组成原子核时所放出的能量,称为原子核的结合能。原子核的结合能。原原子子核核 质质量量为为mX,包包含含Z个个质质子子和和(A-Z)个个中子,实验表明中子,实验表明 所谓所谓“1+1 2”四、质量亏损和结合能四、质量亏损和结合能医学物理学1.质量亏损质量亏损质量
6、亏损质量亏损M 对应对应核放出的能量(核放出的能量(结结合能)合能)为为2.结合能结合能1u 相应的结合能:相应的结合能:E=1uC2=931.441MeV医学物理学五、原子核的稳定性五、原子核的稳定性结合能表示:结合能表示:核子结合成核时放出的能量;核子结合成核时放出的能量;核的稳定程度。核的稳定程度。平均(比)结合能:平均(比)结合能:例:例:把一个核子放入原子核里,把一个核子放入原子核里,平均释放能量平均释放能量医学物理学原子核的平均结合能曲线原子核的平均结合能曲线医学物理学 为了研究原子核的不稳定性,寻找不稳定性与为了研究原子核的不稳定性,寻找不稳定性与核所包含的质子数和中子数的关系,
7、将核素都标核所包含的质子数和中子数的关系,将核素都标在在核素图核素图(chart of nuclides)上。上。208Pb:N/Z=1.54医学物理学第二节第二节 原子核的放射性衰变原子核的放射性衰变一、衰变规律一、衰变规律核衰变是一随机过程核衰变是一随机过程 (random process),所所有核衰变服从同样的统计规律。有核衰变服从同样的统计规律。l衰衰变常量常量表示一个原子核在表示一个原子核在单位位时间内内发生衰生衰变的概率;的概率;1、微分关系、微分关系l若一种核能若一种核能进行几种行几种类型的衰型的衰变:医学物理学2、积分关系、积分关系放射性核素随时间按指数规律衰减放射性核素随时
8、间按指数规律衰减医学物理学二、半衰期和平均寿命二、半衰期和平均寿命1、半衰期、半衰期 T:放射性核数衰减为原有数量的一半所:放射性核数衰减为原有数量的一半所 需的时间需的时间单位:单位:s;min;h;d;a医学物理学例题:例题:131I 用于治疗甲状腺疾病。用于治疗甲状腺疾病。T=8.1d。服用。服用 8.1d、16.2d、60d后,现有核占原有核的百分之几?后,现有核占原有核的百分之几?实际上,还应以实际上,还应以180 天的生物半衰期天的生物半衰期 Tb 逐步排泄。逐步排泄。医学物理学2、平均寿命、平均寿命u放射性核素平均生存的时间;放射性核素平均生存的时间;u一个核衰一个核衰变前存在的
9、前存在的时间(寿命):(寿命):0无无 法确定;法确定;u大量核用平均寿命:大量核用平均寿命:dN中的每个核,衰变前存在的时间都是中的每个核,衰变前存在的时间都是 t;dN个核的寿命之和为个核的寿命之和为 t(dN)=tNdt ;N0 个核的寿命个核的寿命总和和为医学物理学为的倒数,的倒数,约比比 T 大大 50%医学物理学生物半衰期生物半衰期 Tb:由于生物代谢核素的排除生物衰变常数为由于生物代谢核素的排除生物衰变常数为b有效衰变常数有效衰变常数有效半衰期有效半衰期例:例:临床上常用临床上常用 59Fe 作血液异常检查。已知作血液异常检查。已知 59Fe T=46.3d,Tb=65d,问服用
10、问服用 13.5d 后,残留于体内的放后,残留于体内的放射性核素的相对量射性核素的相对量 N/N0 为多少?为多少?三、有效半衰期三、有效半衰期医学物理学四、放射性活度四、放射性活度(A)单位时间内衰变的原子核数(放射性强度)单位时间内衰变的原子核数(放射性强度)单位:单位:比活度:单位质量放射源的放射性活度比活度:单位质量放射源的放射性活度医学物理学例题:例题:求求 5q 铀盐铀盐(U3O8)的放射性活度的放射性活度 (TU=4.47109 a)求求 U 在在 U3O8 中所占的百分比中所占的百分比 U分子量分子量=238 U3O 8分子量分子量=2383+168=842求求 5q 铀盐中所
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