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1、关于原子核及基本粒子简介现在学习的是第1页，共19页12.1 12.1 原子核的基本性质原子核的基本性质一一.原子核的组成原子核的组成1932年查德威克发现了年查德威克发现了中子中子1911年卢年卢 瑟瑟 福福 建立了建立了原子核原子核的概念的概念海海 森森 伯伯提出了提出了原子核原子核是由是由质子质子和和中子中子组成的假设组成的假设Z ZN N+说明说明 质子和中子统称核子。实验表明，质子是稳定粒子，自由中子却质子和中子统称核子。实验表明，质子是稳定粒子，自由中子却是不稳定的。是不稳定的。A=N+ZA=N+Z现在学习的是第2页，共19页原子序数原子质子数原子核电荷数原子序数原子质子数原子核电
2、荷数原子序数原子质子数原子核电荷数原子序数原子质子数原子核电荷数质子电量质子电量质子电量质子电量e e，中子电量，中子电量，中子电量，中子电量0 0,核电量核电量核电量核电量ZeZeZeZe核数核数核数核数同位数同位数同位数同位数同中子异位数同中子异位数同中子异位数同中子异位数,例：例：例：例：原子核近似球体。原子核近似球体。原子核近似球体。原子核近似球体。核子的深层次结构核子的深层次结构核子的深层次结构核子的深层次结构夸克模型夸克模型夸克模型夸克模型。二二.核自旋和磁矩核自旋和磁矩 原子核的自旋运动产生了绕轴转动和环形电流，可分别用自原子核的自旋运动产生了绕轴转动和环形电流，可分别用自原子核
3、的自旋运动产生了绕轴转动和环形电流，可分别用自原子核的自旋运动产生了绕轴转动和环形电流，可分别用自旋角动量和磁矩描述。旋角动量和磁矩描述。旋角动量和磁矩描述。旋角动量和磁矩描述。现在学习的是第3页，共19页按量子力学理论，按量子力学理论，按量子力学理论，按量子力学理论，原子核的自旋原子核的自旋(角动量角动量)说明说明I I I I称为自旋量子数，只能取整数或半整数分立值。称为自旋量子数，只能取整数或半整数分立值。称为自旋量子数，只能取整数或半整数分立值。称为自旋量子数，只能取整数或半整数分立值。g gI I 称为原子核称为原子核g g 的因子，是一个纯数，其值可正可负。的因子，是一个纯数，其值
4、可正可负。N 称为核磁子称为核磁子,其大小为其大小为上式反映了角动量的量子化和磁矩的量子化，说明核子自旋运动时，上式反映了角动量的量子化和磁矩的量子化，说明核子自旋运动时，上式反映了角动量的量子化和磁矩的量子化，说明核子自旋运动时，上式反映了角动量的量子化和磁矩的量子化，说明核子自旋运动时，其自旋轴方位和广义角速度分立式的变化。其自旋轴方位和广义角速度分立式的变化。其自旋轴方位和广义角速度分立式的变化。其自旋轴方位和广义角速度分立式的变化。三三.结合能与质量亏损结合能与质量亏损理论表明理论表明理论表明理论表明:(mmA A=原子核的质量原子核的质量原子核的质量原子核的质量)现在学习的是第4页，
5、共19页即，质子和中子组成原子核时，部分质量亏损。亏损质量：即，质子和中子组成原子核时，部分质量亏损。亏损质量：即，质子和中子组成原子核时，部分质量亏损。亏损质量：即，质子和中子组成原子核时，部分质量亏损。亏损质量：质量亏损到哪里去？所谓质量亏损是由于质子和中子结合成原子质量亏损到哪里去？所谓质量亏损是由于质子和中子结合成原子质量亏损到哪里去？所谓质量亏损是由于质子和中子结合成原子质量亏损到哪里去？所谓质量亏损是由于质子和中子结合成原子核过程中释放的能量带走了相应的质量。核过程中释放的能量带走了相应的质量。核过程中释放的能量带走了相应的质量。核过程中释放的能量带走了相应的质量。由爱因斯坦质能关
6、系可得：由爱因斯坦质能关系可得：由爱因斯坦质能关系可得：由爱因斯坦质能关系可得：释放的能量：释放的能量：释放的能量：释放的能量：逆向思维去想，将原子核撞击为质子和中子要使用的能量是多少呢？逆向思维去想，将原子核撞击为质子和中子要使用的能量是多少呢？逆向思维去想，将原子核撞击为质子和中子要使用的能量是多少呢？逆向思维去想，将原子核撞击为质子和中子要使用的能量是多少呢？显然它就是上述所释放的能量。按此，将：显然它就是上述所释放的能量。按此，将：显然它就是上述所释放的能量。按此，将：显然它就是上述所释放的能量。按此，将：称作结合能。称作结合能。称作结合能。称作结合能。现在学习的是第5页，共19页12
7、.2 12.2 原子核的放射性衰变原子核的放射性衰变一一.放射性元素放射性元素18961896年，贝克勒尔发现了重元素物质年，贝克勒尔发现了重元素物质年，贝克勒尔发现了重元素物质年，贝克勒尔发现了重元素物质铀铀铀铀的放射性。的放射性。的放射性。的放射性。时隔不久，居里夫人先后发现具有放射性的已知元素和新元素物质时隔不久，居里夫人先后发现具有放射性的已知元素和新元素物质时隔不久，居里夫人先后发现具有放射性的已知元素和新元素物质时隔不久，居里夫人先后发现具有放射性的已知元素和新元素物质:钍、钍、钍、钍、钋、镭。钋、镭。钋、镭。钋、镭。放射性放射性放射性放射性说明说明天然放射性核素天然放射性核素天然
8、放射性核素天然放射性核素6060多种，人工合成的放射性核素多种，人工合成的放射性核素多种，人工合成的放射性核素多种，人工合成的放射性核素16001600多种。多种。多种。多种。放射性元素放出的射线具有下列特性放射性元素放出的射线具有下列特性放射性元素放出的射线具有下列特性放射性元素放出的射线具有下列特性:居里夫人居里夫人居里夫人居里夫人19191919世纪最伟大的科学家世纪最伟大的科学家世纪最伟大的科学家世纪最伟大的科学家之一，发现了放射性元之一，发现了放射性元之一，发现了放射性元之一，发现了放射性元素素素素钍、钍、钍、钍、钋、镭。钋、镭。钋、镭。钋、镭。两两两两度获得若贝尔奖。度获得若贝尔奖
9、。度获得若贝尔奖。度获得若贝尔奖。现在学习的是第6页，共19页（1 1）能使气体电离；）能使气体电离；）能使气体电离；）能使气体电离；（2 2）能激发荧光；）能激发荧光；）能激发荧光；）能激发荧光；（3 3）能使照相底片感光；）能使照相底片感光；）能使照相底片感光；）能使照相底片感光；（4 4）具有很强的穿透能力；）具有很强的穿透能力；）具有很强的穿透能力；）具有很强的穿透能力；（5 5）对生物细胞具有破坏作用；）对生物细胞具有破坏作用；）对生物细胞具有破坏作用；）对生物细胞具有破坏作用；二二.原子核的衰变原子核的衰变 实验发现，各种放射性元素放出的射线包括三种不同的射线，分别命名实验发现，各
10、种放射性元素放出的射线包括三种不同的射线，分别命名实验发现，各种放射性元素放出的射线包括三种不同的射线，分别命名实验发现，各种放射性元素放出的射线包括三种不同的射线，分别命名为：为：为：为：、射线。放射出这三种射线的过程称为衰变。射线。放射出这三种射线的过程称为衰变。1.1.衰变衰变 射线实际上是带两个正电荷的氦核。射线实际上是带两个正电荷的氦核。衰变过程可表示为：衰变过程可表示为：氢弹爆炸氢弹爆炸氢弹爆炸氢弹爆炸现在学习的是第7页，共19页例：例：例：例：镭核数放出镭核数放出镭核数放出镭核数放出 射线衰变为氡。射线衰变为氡。2.2.衰变衰变 衰变中，放射性的核喷发或俘获一些电子，称这些电子为
11、衰变中，放射性的核喷发或俘获一些电子，称这些电子为 粒子。粒子。粒子。粒子。衰变有下列三种形式：衰变有下列三种形式：衰变过程中，放射性的核向外喷发电子，衰变过程中，放射性的核向外喷发电子，放出的电子来源于放出的电子来源于放出的电子来源于放出的电子来源于中子，放出电子的同时还放出一些轻的不带电的粒子，叫反中微子。中子，放出电子的同时还放出一些轻的不带电的粒子，叫反中微子。中子，放出电子的同时还放出一些轻的不带电的粒子，叫反中微子。中子，放出电子的同时还放出一些轻的不带电的粒子，叫反中微子。衰变过程可表示为：衰变过程可表示为：例：例：例：例：（1）衰变衰变现在学习的是第8页，共19页（2）衰变衰变
12、 衰变过程中，放射性的核向外喷发正电子，正衰变过程中，放射性的核向外喷发正电子，正电子来源于质子，电子来源于质子，电子来源于质子，电子来源于质子，放出正电子的同时还放出中微子。放出正电子的同时还放出中微子。放出正电子的同时还放出中微子。放出正电子的同时还放出中微子。衰变过程可表示为：衰变过程可表示为：例：例：例：例：（3）母核俘获轨道电子的母核俘获轨道电子的 衰变衰变 此衰变过程中，母核俘获核外某个轨道上运动的一个电子，此衰变过程中，母核俘获核外某个轨道上运动的一个电子，同时放出中微同时放出中微同时放出中微同时放出中微子。子。子。子。此衰变过程可表示为：此衰变过程可表示为：例：例：例：例：现在
13、学习的是第9页，共19页3.3.衰变衰变 衰变是原子核进行能级跃迁时放出的光子流或电磁辐射。衰变是原子核进行能级跃迁时放出的光子流或电磁辐射。说明说明 衰变总是伴随着衰变总是伴随着、衰变。衰变。衰变只涉及到原子核各能级间的跃迁，原子核的质量和电荷都不发生变衰变只涉及到原子核各能级间的跃迁，原子核的质量和电荷都不发生变化。化。三三.放射性衰变规律放射性衰变规律1.1.指数衰变率：指数衰变率：指数衰变率：指数衰变率：设设设设d t d t 时间内有时间内有时间内有时间内有d Nd N个原子发生衰变，则：个原子发生衰变，则：个原子发生衰变，则：个原子发生衰变，则：衰变常量衰变常量 ：表示单位时间内原
14、子核发生衰变的概率：表示单位时间内原子核发生衰变的概率N Nt tN N0 0T T2T2T现在学习的是第10页，共19页2.半衰期和平均寿命半衰期和平均寿命半半 衰衰 期期 T：衰变掉一半原子核所需的时间。：衰变掉一半原子核所需的时间。由：由：平均寿命平均寿命 ：表示每个原子核衰变前存在时间的平均值。：表示每个原子核衰变前存在时间的平均值。越小。越小。例例求经过求经过求经过求经过 时间后，剩下的原子核数为原核数的多少？时间后，剩下的原子核数为原核数的多少？时间后，剩下的原子核数为原核数的多少？时间后，剩下的原子核数为原核数的多少？解解当当t=时时 越大越大衰变越慢衰变越慢现在学习的是第11页
15、，共19页3.放射性活度放射性活度 I 一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数。一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数。I反映了反映了放射源的放射强弱程度。放射源的放射强弱程度。I0=N0 为为 t=0 时放射源的强度。常用单位居里时放射源的强度。常用单位居里(Ci)，国际单位贝，国际单位贝克勒克勒(Bq)1 Ci 3.71010 次核衰变秒次核衰变秒1 Bq 1 次核衰变秒次核衰变秒4.放射性探测放射性探测 放射性探测器放射性探测器放射性探测器放射性探测器 电离式射线探测器电离式射线探测器电离式射线探测器电离式射线探测器 荧光式射线探测器荧光式射线探测器荧光式射线探测器荧光式射线探测器现
16、在学习的是第12页，共19页G-MG-M荧光式探测器荧光式探测器荧光式探测器荧光式探测器负脉冲负脉冲负脉冲负脉冲t tI I原原原原理理理理当一个高速的射线粒子进入当一个高速的射线粒子进入当一个高速的射线粒子进入当一个高速的射线粒子进入G-MG-M管后，和管内惰性气体发管后，和管内惰性气体发管后，和管内惰性气体发管后，和管内惰性气体发生作用，使其迅速被电离，产生一个分脉冲电流，并在电阻生作用，使其迅速被电离，产生一个分脉冲电流，并在电阻生作用，使其迅速被电离，产生一个分脉冲电流，并在电阻生作用，使其迅速被电离，产生一个分脉冲电流，并在电阻两端形成一个负脉冲信号电压。两端形成一个负脉冲信号电压。
17、两端形成一个负脉冲信号电压。两端形成一个负脉冲信号电压。负脉冲的平均频率负脉冲的平均频率负脉冲的平均频率负脉冲的平均频率正比于放射性活度正比于放射性活度正比于放射性活度正比于放射性活度（I I0 0 标准物放射性活度。）标准物放射性活度。）标准物放射性活度。）标准物放射性活度。）现在学习的是第13页，共19页12.3 12.3 放射生物物理学简介放射生物物理学简介电离辐射电离辐射电离辐射电离辐射可产生多种生物学作用可产生多种生物学作用可产生多种生物学作用可产生多种生物学作用,例例例例:促使细胞分裂和生长促使细胞分裂和生长促使细胞分裂和生长促使细胞分裂和生长治疗或导致肿瘤治疗或导致肿瘤治疗或导致
18、肿瘤治疗或导致肿瘤诱发遗传变异诱发遗传变异诱发遗传变异诱发遗传变异消灭病虫害和疾病诊断等消灭病虫害和疾病诊断等消灭病虫害和疾病诊断等消灭病虫害和疾病诊断等一一.电离辐射的直接作用和间接作用电离辐射的直接作用和间接作用直接作用直接作用直接作用直接作用:损伤生物体内某一特殊的生物结构体损伤生物体内某一特殊的生物结构体损伤生物体内某一特殊的生物结构体损伤生物体内某一特殊的生物结构体(如如如如DNA)DNA)间接作用间接作用间接作用间接作用:通过内部传递或能量释放引起其它生物结构损伤通过内部传递或能量释放引起其它生物结构损伤通过内部传递或能量释放引起其它生物结构损伤通过内部传递或能量释放引起其它生物结
19、构损伤.二二.辐射生物学效应进程辐射生物学效应进程生物体受到电离辐射时经理下列几个阶段生物体受到电离辐射时经理下列几个阶段生物体受到电离辐射时经理下列几个阶段生物体受到电离辐射时经理下列几个阶段现在学习的是第14页，共19页物理学阶段物理学阶段:分子空间分布及物理形状发生变异分子空间分布及物理形状发生变异分子空间分布及物理形状发生变异分子空间分布及物理形状发生变异物理化学阶段物理化学阶段:经过一系列复杂反应经过一系列复杂反应经过一系列复杂反应经过一系列复杂反应,生成次级物生成次级物生成次级物生成次级物生物学阶段生物学阶段:进一步相互反应进一步相互反应进一步相互反应进一步相互反应,引起周围物质结
20、构变化引起周围物质结构变化引起周围物质结构变化引起周围物质结构变化.生物机体效应阶段生物机体效应阶段:产生宏观的生物体效应产生宏观的生物体效应产生宏观的生物体效应产生宏观的生物体效应.()()()()()()(数秒数秒数秒数秒 若干年若干年若干年若干年 )三三.辐射生物学效应的特点辐射生物学效应的特点不存在阀植剂量不存在阀植剂量不存在阀植剂量不存在阀植剂量辐射能量高效率辐射能量高效率辐射能量高效率辐射能量高效率现在学习的是第15页，共19页四四.放射剂量放射剂量照射剂量照射剂量吸收剂量吸收剂量相对生物效应相对生物效应(X X单位单位单位单位:伦琴伦琴伦琴伦琴.符号符号符号符号:R R)(D D
21、单位单位单位单位:格雷格雷格雷格雷.符号符号符号符号:GyGy)(RBERBE单位单位单位单位:雷姆雷姆雷姆雷姆 .符号符号符号符号:emem)现在学习的是第16页，共19页五五.放射性同位数在农业和生物科学中的应用放射性同位数在农业和生物科学中的应用示踪原子示踪原子示踪原子示踪原子的利用：的利用：的利用：的利用：同过对生物对象的特殊同过对生物对象的特殊同过对生物对象的特殊同过对生物对象的特殊 标记标记标记标记，可以追踪生物对象的变异情况，可以追踪生物对象的变异情况，可以追踪生物对象的变异情况，可以追踪生物对象的变异情况，观测变异过程观测变异过程观测变异过程观测变异过程核辐射核辐射核辐射核辐射
22、技术的应用：技术的应用：技术的应用：技术的应用：（）低剂量辐射刺激增产（）低剂量辐射刺激增产（）低剂量辐射刺激增产（）低剂量辐射刺激增产（）打剂量的抑制和杀虫作用（）打剂量的抑制和杀虫作用（）打剂量的抑制和杀虫作用（）打剂量的抑制和杀虫作用活化活化活化活化分析分析分析分析一定条件照射测量对象后，测定所生成的放射性核素的一定条件照射测量对象后，测定所生成的放射性核素的一定条件照射测量对象后，测定所生成的放射性核素的一定条件照射测量对象后，测定所生成的放射性核素的活度活度活度活度或放出或放出或放出或放出射线的射线的射线的射线的能量能量能量能量，可确定待测元素的含量和种类，可确定待测元素的含量和种类
23、，可确定待测元素的含量和种类，可确定待测元素的含量和种类待测试样的某种含量可由相对比较法求得待测试样的某种含量可由相对比较法求得待测试样的某种含量可由相对比较法求得待测试样的某种含量可由相对比较法求得现在学习的是第17页，共19页活化分析具有下列特点：活化分析具有下列特点：活化分析具有下列特点：活化分析具有下列特点：（）灵敏度高（）灵敏度高（）灵敏度高（）灵敏度高（）测量范围宽（）测量范围宽（）测量范围宽（）测量范围宽（）不易干扰（）不易干扰（）不易干扰（）不易干扰、污染。、污染。（）方法简便，分析速度快。（）方法简便，分析速度快。（）方法简便，分析速度快。（）方法简便，分析速度快。现在学习的是第18页，共19页感谢大家观看现在学习的是第19页，共19页