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1、检技术勘务第二章放射性及其衰变现律第二章放射性及其衰变规律导教学内容1、核衰变及放射性核素2、放射性衰变与积累规律3、放射性测量单位与标准源核衰变与放射性核素 一、原子结构及原子核衰变原子由原子核及核外的电子组成.原子核由质子和中子组成，中子不带电，质子带正电,质子所带的核衰变与放射性核素I。一1scm,约为原子线度的1/10000.原子自然界由各种各样的物质组成，每种物质的元 素都由化学性质完全相同的原子组成.每种元素的正电荷量与核外电子所带负电荷量相等,电性相反, 整个原子成电中性.所有这些物质都是由存在于自然界的90多种元 素的原子（核）组成.例如水由二个氢原子和一个氧 原子组成（H 2
2、。）；乙醇由六个氢原子，二个碳原 子和一个氧原子组成（C2H50H）.原子很小，其直径为10-%4 原子核的直径只有10 核集中了原子的全部正电荷和99. 95%以上的质量子质量在10- 2 21Q- 2 4 g的范围内。例如，自然界最轻的氢元素的原子质量只有1. 6736 x 10-24g,最重的铀原子的质量也只有3.9510xl0-22g质子质量 mp1. 67252xl0-24g电子质量9.1091xl0-28g所以质子的质量为电子质量的1836.粤荣孝理NA孽Im弟孝理NA孽 EAST CH-NA - NSTHUTE OF TECHNOLOGY EAST CH_NA _ NSTHUTE
3、 OF TECHNOLOGY原子与原子核 一个原子核由Z个质子（原子序数）和N个中子所组成 则该原子核质量m=Z mp+N mn,由于和mn都很接近于1,此，当用U作单位时，原子核质量非常接近于一个整数，我们用A来表示原子核质量最接近的整数，并称为质量数，这样有A=Z+N.铀原子核表示为23叼,核衰变及放射性核素具有确定质子数和中子数的一类原子或原子核祢为 核素Q原子序数相同而质量数不相同的核素互为同及费，如氢，笊和家原子序数Z都为1,但质量数A分别为1, 2, 3这种具有相同原子序数但质量数不同的核素称为同位素。这三种核素为氢的同位素。原子序数和质量数都相同的原子核，原子核处于不同核能态的一
4、类核素祢为同施导能索。A世界上已发现109种元素，核素2000多种（其中稳定性核素300种左右，如“P,性核素，如I, 32P等）。32 s等；其余都是放射缪弟孝理N大孽缪弟孝理NA孽 EAST CH-NA -NSITTUTE OF TECHNOLOGY - EAST CH_NA -NSITTUTE OF TECHNOLOGY核衰变及放射性核素原子核结合能处于最低能量状态（即基态）,是所有稳定原子核的状态。高于基态的能量状态，为不 稳定的激发态.自然界中有些天然物质是由不稳定的原子组成的，它们能自发地转变成稳定的原子。在这种转变过程中，常伴随着发射带电粒子和次射线,其本身变成另一种核素，该过程
5、称放射性 衰变.这种现象称放射性现象，这类元素称放射性 核素（同位素）核衰变及放射性核素1896年法国科学家亨利贝可勒尔（H Becquerel）发现了放射性现象Q这些不稳定的原子核主要的衰变类型如下1。6袤变处于激发态的放射性核素（X）,自发地放出a粒子，而转变成另一种原子核（Y）的过程,称为a衰变.彳 x.对+ Q例如：飞做原子核经a衰变转变成效R为葭 Rad；/t + a + Q核衰变及放射性核素2）伊蓑至 处于激发态的放射性核素（X）,自发地放出俘粒子,称为口衰变.伊衰变:而转变成另一种原子核（Y）的过程,分-2#十+呢十八。住-衰变：,X-y+_；e + + Q3）电子俘获:放射性核
6、素（X）自发地俘获一个轨道电子,使核内一个质子变为中子,生成的新核素质量数与母核相同,原子序数比母核减少一位.核衰变及放射性核素岁+学Y-。4）同质异帕跃迁a衰变和伊衰变产生的新原子核，处于激发态的时间很短，（约KT】知）,很快跃迁 到较低能级或基态，并放出血光子.而核的原子序 数和质量数都不变.天然放射性核素天然放射性核素可分为两类1）与地球同时形成的至今存在的T的隹寿母放 射性核素.如热吹Th、咖、的K等.2）宇宙射线撞击地球物质原子核.引起核反应生联的放射性核素.如G叫、为7、肾CL等.自然界的放射性系列有三个：铀（U）系、牡（Th） 系和铜铀（AcU）系.有人工方法能够得到锋（Np）系
7、, 放射性系列中的元素的原子序数都大于81.除上述成系列的天然放射性元素外，还有180多 种不成系列的天然放射性元素，它们经过一次衰变 后即成稳定元素，如钾4、，物:船等.天然放射性核素（-）三个天然放射性系列入铀系融是在然界存在的主要放射性元素矿产，起始的放射性母体核素为叽,如图所示W天然放射性核素天然放射性核素2）处系社系的起始放射性母体核素为2321代 如图所示:弟孝理NA孽柬孝理NA孽EAST CHZAZST-TUTE OF TECHNOLOGY EAST CHZAZST-TUTE OF TECHNOLOGY天然放射性核素天然放射性核素3）的（铀）米系的起始放射性母体核素为皿U,衰变如
8、图所kJ示:累弟孝理NA孽孝理NA孽 EAST CH_NAZSTPTUTE OF TECHNOLOGY EAST CH_NAZSTPTUTE OF TECHNOLOGY图弟孝理NA孽gI弟孝理NA孽EAST CHZAZST-TUTE OF TECHNOLOGY EAST CHZAZST-TUTE OF TECHNOLOGY天然放射性核素天然放射性核素二）三个放射性系列的共同1）每个系列都有一个常寿命的起始放射性核素,半衰期都在7, 13x10imOaZ间.2）每个系列得最后都是铅的稳定同位素.3）每个系列都有一个气体，氧的放射性核素。4）每个系列核素的质量数变化有相似的规律性。 人工照弟孝理N
9、A孽到弟孝理NA孽EAST CHZAzSTrruTE OF TECHNOLOGY EAST CHZAZSTHUTE OF TECHNOLOGY放射性核素的衰变与积累规律衰变前的核称为母核,衰变后的核称为子核。一、衰变规律如果起始时刻放射性核素母核数目为风。由于衰 变减少.精确试验测定表明t到t+dt内核衰变数目 dN与尚未衰变母核数N成正比，即dNNdt写成等式:哝二3dt式中i A为比例系数，称衰变常数，负号表示N 随时间增长而减少.放射性核素的衰变与积累规律半衰期的定义,当原子核的数目衰减到原来一半所经历的时间，称为半衰期.丁 In 2 0.6931 =二、系列放射性核素的衰变与积累规律放
10、射性核素（A）衰变产生的子体（B）也是放射性核素，且没有与A分离.核素B一方面按自身衰变规律减少,另一方面由核素A衰变使B得到积累.放射性核素的衰变与积累规律在应用中，泄育的原子个% 数N不易测量，而放射性活度A可用1仪器测量它的放射性射线，因为每次核衰变都育某种放射性射我放出， 仪器的计数率Mt）与原子核的衰变 率-dN/dt成正比，即：1（ dN力）0c 一行/（f）oc2N放射性活度单位是Bg（贝克勒 尔），即每秒衰变次数：放射性浓度专用于液体或气体, 报单位体积的物质中含育的激射性 活度，即贝克/亳升七（b）U59放射性核素的衰变与积累规律子体核素B具有积累规律和自身衰变规律.在t时刻
11、的瞬间间隔dt内B核素的原子数变化率应为:dt= aNa-AbNb已知t=0时，A原子数为Noa,有:X Na”得一阶线性非齐次微分方程：给定初始条件t=0时，Nb=Nob,解得下式:NN、”,dt+ 入bNB =OA，。/一而+入aN oa1 一（加一力），放射性核素的衰变与积累规律弟孝理NA孽Im弟孝理NA孽 EAST CH_NAZSTPTUTE OF TECHNOLOGY EAST CH_NAZSTPTUTE OF TECHNOLOGY式中从A、AKb贝认A%为核素A的衰变率,也即核素B的增加率;I女素B的衰变率为从孰.则得出士（川 _/叼） 乙一乙D爪a从B时，可以达到放射性平衡:2）从人爪!1时，可以达到暂时平衡:3） R Amb时，不能达到放射性平衡.放射性核素的衰变与积累规律帼锚平衡系数&衡量铀镭处于平衡状态的量。女与一L_mv 3.4x 10 7当k=l时，铀镭处于平衡状态，k1时偏铀；k 1时偏镭.
