原子核和放射性

医用物理C第十五章：原子核和放射性思维导图，包括原子核组成、放射性核素衰变类型、衰变规律三部分内容。

第十五章：原子核和放射性

• 原子核组成
  • 表示：
    • Z为原子序数即质子数
    • A为质量数
    • N为中子数
  • 核素分类
    • 一种核素
      • A和Z相同，E相同
    • 同位素
      • Z相同，A不相同
    • 同质异能素
      • Z和N相同，E不同
    • 同量异位素
      • A相同，Z不相同
  • 奇偶核
    • A为偶数
      • Z和N都是偶数
        • 偶偶核
      • Z和N都是奇数
        • 奇奇核
    • A为奇数
      • Z偶N奇
        • 偶奇核
      • Z奇N偶
        • 奇偶核
  • 原子核半径
    • R与A的关系：
  • 核力
  • 结合能
    • 质量亏损
      • 原子核所有质子与中子的质量之和与原子核质量之差
    • 质能方程
    • 比结合能
      • 比结合能越小，原子核稳定性越差
      • 中等质量的核比结合能最大
      • 稳定性：偶偶核>偶奇核,奇偶核>奇奇核
• 放射性核素衰变类型
  • α衰变
    • 表达式
    • 放出粒子
    • Qa是母核转换为子核放出的能量，称为衰变能，表现为子核和α粒子的动能
    • 衰变过程
      • 处于基态的母核可以直接衰变到子核的基态
      • 也可以先衰变到子核的激发态，放出能量较低的α粒子， 再衰变到子核的基态，放出 γ射线
    • α衰变放出几种不同能量的α粒子，形成分立的线状能谱
  • β衰变
    • 中微子和反中微子
      • 静止质量几乎为0，自旋为1/2的中性粒子
      • 反中微子的自旋方向与运动方向相同，中微子则相反
    • β-衰变
      • 表达式
      • 能量
        • 衰变能主要被粒子和反中微子携带
        • 两者携带的能量是不固定的，β-粒子的动能从0到最大值，形成一个连续能谱
      • 产生原因
        • 母核中子数过多，原子核不稳定
    • β+衰变
      • 一般是人工放射性核素,天然的不发生β+衰变
      • 表达式
      • 能量
        • 衰变能主要被粒子和中微子携带
        • 两者携带的能量是不固定的，β+粒子的动能从0到最大值，形成一个连续能谱
      • 正负电子对湮灭
        • 大概率产生两个光子，观察两个光子是否存在，可以判断出是否有β+衰变产生
    • 电子俘获
      • 原子核俘获核外的一个电子，衰变为原子序数减一的原子核，同时放出一个中微子的过程
      • 表达式
      • 发生k俘获的概率较大
      • 发生K俘获
        • 一、比K能级更高的核外电子向K层跃迁，多余能量以X射线形式放出
        • 二、把能量传给同一能级的电子，使其脱离原子核束缚而成为自由电子（俄歇效应）
  • γ衰变
    • 同质异能跃迁
    • 原子核从激发态向较低能态或基态跃迁时发射γ光子的过程
    • 衰变过程
    • 衰变能全部为γ光子携带
  • 内转换
    • 原子核从激发态向较低能态或基态跃迁时，能量传给其他电子，使其成为自由电子
    • 主要来自K层
    • 伴有特征X射线或俄歇电子发射
• 衰变规律
  • 衰变常量λ
    • 放射性原子核单位时间内发生衰变的概率
    • 与原子核种类和衰变类型有关
    • 表征衰变的快慢
    • 若同时进行多种类型衰变，原子核衰变常量 应该是各种类型衰变常量之和
    • 生物衰变常量
      • 由人体代谢而产生的原子核减少概率
      • 记为λb
  • 原子核数目与时间的关系
  • 半衰期
    • 公式
    • 衰变规律
    • 有效衰变常量
    • 平均寿命
      • 每种放射性核素平均存活时间
  • 放射性活度
    • 用A表示
    • 某一时刻单位时间内衰变的原子核个数
    • 表达式
    • 单位：Bq（贝可）