《原子核核素》课件

原子核核素原子核是构成原子的基本组成部分由质子和中子组成不同种类的核,素具有不同的质量数和原子序数从而表现出各自独特的性质和特点,深入了解原子核核素的结构和行为对于科学研究和工业应用都极为重要课程目标深入了解原子核核素掌握核素的稳定性及认识核能的和平利用掌握核物理研究的前的基本特性衰变规律及安全问题沿动态通过本课程学习掌握原子重点学习放射性衰变的定探讨核能的和平利用同时了解当前核物理领域的最,,核的组成结构、核力和核律和类型了解不同核素的关注核电站安全和核废料新发展趋势为未来的学习,,结合能、核素的类型及命特点及其在实际应用中的处理等重要问题和研究奠定基础名等知识作用原子核基础知识原子结构量子理论12原子由质子、中子和电子原子核的行为受量子力学组成其中中子和质子构成规律支配包括能量量子化,,原子核电子绕原子核旋转、波粒二象性等,基本粒子原子核力34质子和中子是原子核的基质子和中子之间存在强大本构成单元它们又被称为的核力是原子核保持稳定,,核子的关键质子数和中子数原子核由质子和中子组成质子数决定了原子的化学性质，而中子数Z决定了原子核的稳定性两者的组合构成了不同的原子核核素通过N改变质子数和中子数，可以得到具有不同性质的同位素掌握质子和中子的概念是理解原子核结构的关键原子核结构模型核壳模型液滴模型费米气体模型该模型认为，原子核内质子和中子按此模型将原子核视为由质子和中子组该模型将原子核中的核子视为处于费照特定的核壳排列分布，形成稳定的成的液滴状物质，通过表面张力和核米气体状态的粒子，受到泡利不相容核结构每个核壳可容纳一定数量的力的平衡维持稳定可用于预测核反原理的限制可用于解释原子核的自核子应和核稳定性旋和磁性原子核稳定性核子数量结合能稳定性曲线原子核的质子数和中子数决定了其稳核子之间的强核力会产生核结合能较通过绘制质子数中子数图可以清楚地,-,定性过多或过少的中子会导致不稳高的结合能意味着更加稳定认识到稳定核素的分布区域定核力和核结合能核力核结合能核力是作用于原子核内部质核结合能是维持核子在原子子和中子之间的基本力它核中稳定存在所需的能量是一种非常强大的相互作用它反映了原子核的稳定性和力可以克服电磁斥力将核子相互作用强度,束缚在原子核内核力作用的影响核力的作用使得原子核能够抵御电磁排斥力而形成相对稳定的结构核结合能的大小决定了原子核的稳定性和化学性质原子核的成因恒星核聚变1恒星内部高温高压下的核聚变反应超新星爆发2大质量恒星死亡时释放大量能量中子星碰撞3两颗中子星并合产生的强引力波事件原子核是在恒星内部的核聚变过程和剧烈的宇宙事件如超新星爆发及中子星碰撞中形成的这些过程中释放的大量能量和粒子促进了不同元素核素的合成不同来源和条件造就了丰富多样的原子核种类单碎片裂变和双碎片裂变单碎片裂变在单碎片裂变过程中一个重元素原子核被分裂成两个质量,差别较大的核片这种裂变过程通常发生在铀、钚、钴等重元素原子核中双碎片裂变双碎片裂变是另一种核裂变模式它会产生三个或更多的碎,片这种裂变通常发生在铀和钚等超重元素的原子核中能量释放无论是单碎片还是双碎片裂变都会释放出大量的能量这些,,能量可以用于核反应堆以及其他核技术应用核素的类型原子核结构稳定核素根据原子核中质子数和中子数的具有稳定原子核结构的核素称为不同，可以将核素划分为元素种稳定核素，不会自发发生放射性类及其同位素衰变放射性核素人工合成核素具有不稳定原子核结构的核素称除了自然界存在的核素，还有许为放射性核素，会自发发生放射多人工合成的放射性核素应用于性衰变科研和医疗同位素、同素异形体和同工异构体同位素同素异形体同工异构体同位素是具有相同质子数但不同中子同素异形体是元素化合物具有相同分同工异构体是有机化合物具有相同分数的原子核它们具有相同的化学性子式但不同分子结构的现象它们具子式和键连关系但不同空间构型的现质但质量不同有不同的理化性质象它们有不同的物理化学性质核素的命名和符号原子序数质量数12原子核中质子的数量称为原子核中质子和中子的总原子序数（），用来唯数称为质量数（），用Z A一标识一种元素来表示一种核素的质量符号标记命名规则34通常用原子序数（）和核素的命名遵循通用的命Z质量数（）来表示一种名规则，如锂、氚、A-7-3核素，形式为镭等-226supA/supZ核素的天然丰度各种核素在自然界中的存在比例被称为天然丰度了解核素的天然丰度对理解地球形成和演化历史至关重要大多数稳定核素的天然丰度可以通过同位素测定实验精确测量核素天然丰度氢-

199.98%碳-

1298.9%氧-

1699.76%铀-

23899.27%放射性衰变原理类型特点监测原子核内部的质子和中子常见的放射性衰变包括放射性衰变是一个无法预可以使用各种探测仪器如α,处于不稳定状态会自发发衰变、衰变、衰变和知的随机过程但可以用概盖革计数器来实时监测和,β-β+,,射粒子或能量从而达到更电子俘获等不同类型的率统计的方法描述半衰记录放射性物质的衰变过,稳定的状态这一过程称为衰变过程会产生不同的辐期是常用的描述衰变规律程,放射性衰变射的参数核素的分类基于稳定性基于放射性衰变类型核素可以分为稳定核素和不不稳定核素可以根据其放射稳定核素稳定核素具有固性衰变方式分为衰变核素,α定的质子数和中子数不会发、衰变核素、衰变核素,β-β+生自发性的放射性衰变和电子俘获核素等基于天然丰度基于用途核素可以分为天然存在的核核素可以根据其在医疗、工素和人工合成的核素天然业、能源等领域的应用用途核素包括氢、铀、钍等而大进行分类如同位素、铀系列,,部分重元素都是人工合成的、钍系列等稳定核素和不稳定核素稳定核素这些核素具有稳定的核结构，不会发生自发的放射性衰变典型的稳定核素有铁、铜、锌等不稳定核素这些核素的核结构不稳定，会自发发射α粒子、β粒子或γ射线来达到稳定典型的不稳定核素有铀、钚、氚等放射性核素不稳定核素会发生放射性衰变,释放出高能射线和粒子,这些核素被称为放射性核素放射性衰变定律放射性衰变定律1原子核自发释放能量的过程几种衰变类型2衰变、衰变、衰变αβγ衰变规律3与时间呈指数关系放射性核素的衰变遵循指数规律这是放射性衰变的基本定律通过观测和测量可以得出放射性核素的衰变速率和半衰期,,这些性质是研究原子核结构和辐射效应的重要基础半衰期概念定义特点12半衰期是指放射性核素减少一半所需要的时间半衰期是一个固定的值与当前剩余量无关只决定于该核,,素的性质应用例子34半衰期可用于估算放射性核素的残余量并指导放射性物铀的半衰期约为亿年而镭的半衰期只有,23845,2261600质的安全处理年放射性衰变类型衰变衰变电子俘获衰变αβγ在衰变过程中原子核会衰变包括衰变和衰在电子俘获过程中原子核衰变不涉及质子数和质α,ββ-β+,γ发射一个粒子由两个质变衰变会导致质子转会吸收一个轨道电子使一量数的变化而是原子核处αβ-,,子和两个中子组成的原子化为中子而衰变会使中个质子转化为中子原子核于激发态时向基态过渡释,β+,,核从而降低原子核的质子转化为质子的质子数降低放射线,γ子数和质量数衰变α粒子的发射能量释放质子数和中子数的变化α衰变是原子核从不稳定状态向更稳定衰变通常涉及较大的能量释放这个在衰变过程中原子核的质子数减少αα,α,2,状态转化的一种放射性衰变过程在能量主要表现为粒子的动能粒子中子数也减少从而转变为另一种元αα2,这一过程中，原子核会发射一个粒子射出后会与周围物质发生相互作用造素的核种这种转变造成了原子的改α,核成电离和激发变He-4衰变β-电子释放中子增加伴随辐射在衰变过程中原子核会释放一衰变使得原子核中的中子数会增衰变通常还会伴随着射线的释放β-,β-β-个电子使原子由一个质子转变为加而质子数保持不变这使得原如电子中微子这些射线也带走了,,,,一个中子从而改变了原子的性质子核从不稳定态转变为更稳定的状一部分能量,态衍射和电子俘获β+衰变电子俘获两种过程的区别β+在衰变过程中质子会转换为中子同电子俘获是原子核吸收一个轨道电子衰变和电子俘获都可以使质子转化β+,,,β+时发射出正电子粒子和一个中微将质子转化为中子的过程这种过程为中子但是电子俘获不会产生正电子β+,,子这种现象称为正电子衰变或衍会释放出一个中微子并且产生射线而是通过吸收轨道电子来进行两种β+,X射过程都会释放中微子射线的特性波长特征不同类型的射线具有不同的波长范围从长波电磁波到短波射线和射线,Xγ能量特征射线的能量与其波长和频率有关高能量射线具有更短的波长,穿透特性射线的穿透能力受其能量和物质密度的影响高能量射线具有更强的穿透力,放射性同位素的应用医疗诊断治疗用途放射性同位素被用于疾病诊碘用于治疗甲状腺疾病-131,断如和成像可检钴可治疗某些癌症放射,PET SPECT-60测肿瘤、心脏病等性同位素还用于放射治疗科学研究工业应用许多同位素用作示踪剂可以放射性同位素被用于工业检,追踪和分析化学反应、代谢测、测厚和测密等提高了工,过程等艺的检测和控制能力核物理研究的前沿动态聚变电站技术粒子加速器应用12核物理的前沿领域之一是粒子加速器的发展为医疗利用核聚变反应产生清洁影像、材料分析等领域带能源研究人员正在致力来新的机遇研究团队正于开发可控的聚变电站技不断探索加速器在各领域术的创新应用暗物质探测钚循环利用34研究人员正利用高精度的如何安全有效地利用钚是核探测器寻找构成宇宙暗当前核工业面临的重要课物质的粒子这是解开宇题相关研究旨在促进钚宙之谜的重要一环的循环利用核能的和平利用能源供给医疗应用科研应用工业应用核能作为一种清洁高效的放射性同位素在医疗领域放射性跟踪技术可应用于核技术可用于工业检测、能源可以帮助满足不断增有广泛用途可用于诊断、环境、农业、工业等领域材料分析、含水量测量等,,长的全球能源需求相比治疗、辐照和消毒癌症的研究帮助我们更好地了辐照技术还可用于消毒,化石燃料核能发电过程中治疗、骨密度检查等都依解自然过程和工艺流程、杀菌和改善材料性能,无二氧化碳排放可有效减赖于放射性同位素技术,少温室气体排放核废料的处理和管理储存与隔离化学处理将高放废料安全储存在深层通过离子交换、溶剂萃取等地质储存库中隔离于生态环化学方法分离并减少废料中,,境之外防止放射性物质泄漏的放射性物质含量,再利用与回收包装与固化通过乏燃料后处理从中回收将废料进行玻璃化、水泥化,可重复利用的铀、钚等物质等固化处理并采用钢筒等安,,减少废料的产生全包装提高运输和储存的安,全性核电站的安全问题安全管理应急预案加强核电站的安全管理体系制定制定完善的应急预案建立高效的,,严格的标准和操作规程确保各项应急响应机制确保在发生事故时,,安全措施落实到位能够迅速采取有效行动安全系统辐射防护核电站的设计必须包括冗余的安制定和实施严格的辐射防护措施,全系统以增强抗干扰能力降低发保护工作人员和周围居民的生命,,生事故的风险安全总结原子核基础知识掌握核素类型和特性了解12通过学习本课程，我们深我们掌握了各种类型核素入理解了原子核的结构、的特点，包括同位素、同稳定性和成因等基本知识素异形体和同工异构体放射性衰变过程掌握核能应用和风险了解34我们学习了放射性衰变定我们了解了核能的和平利律、半衰期概念以及、用和核电站安全等重要话αβ衰变等过程题。