【正文】 知 131I的半衰期是 ，計算其比發(fā)射性活度。 a=A/m (Bq/g 或 Ci/g) 。 ③ 二者關系： 1Ci= 1010Bq ?例 1：已知 226Ra的半衰期為 1600y， 問 1g 226Ra的放射性活度是多少貝可勒爾 ？ ?解： T1/2=1600 365 24 3600= 1010s； λ= 1011s1 N=(m/M)NA=(1/226) 1023= 1021 A=λN= 1010s1= 1010Bq ?例 2：已知 222Rn的半衰期為 ， 問 1μCi和 1000Bq的 222Rn質(zhì)量分別是多少 ？ ?解 T1/2= 24 3600= 105s； λ= 106s1 ANMmNA ?? ?? ANMmA??kgm 151 ??? kgm 162 ????定義： ?表達式： ?意義： 十六、比放射性活度 單位質(zhì)量放射性物質(zhì)的放射性活度 。 它的定義是：一個放射源如果在每秒內(nèi)產(chǎn)生 1010次衰變 ， 這個放射源的放射性活度即為 1居里 ， 即 ② 放射性活度的國際單位是貝可勒爾 ， 簡稱貝可 ， 記作 Bq。 十五、放射性活度 dtdNNA ??? ?A= λN = A= λN = λN0eλt = A0eλt ? A0稱為初始放射性活度 。 ?求取方法： 由衰減規(guī)律公式知 ： ?在時刻 t的一個極小時間間隔 dt內(nèi) ， 發(fā)生衰變的原子核數(shù)為 λNdt； ?可以認為有 λNdt個原子核生存的時間 （ 即壽命 ）是 t， 即這些原子核的壽命之和為 tλNdt。 ?原因： 在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的幾率越大 ， 原子核得衰變就越快 ， 原子核總數(shù)減少一半的時間自然也就越短 。 ? T1/2和 λ都表示原子核衰變的快慢 。 ?定義： 放射性原子核衰變到數(shù)量減少一半所經(jīng)過得時間 。 ?不同的放射性核素具有不同的衰變常數(shù) λ。 十二、衰變常數(shù) λ= dN dt / N(t) _ ?衰變常數(shù) λ的確切物理意義 ： 表示一個原子核在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的幾率。 ?定義： 衰變規(guī)律公式中的常數(shù) λ， 反映了原子核衰變速度的快慢 ， 稱之為衰變常數(shù) 。 N(t)=N0eλt ?必須指出：原子核衰變規(guī)律是一個 統(tǒng)計性規(guī)律 ，只有在原子核的數(shù)目足夠大時才是正確的，否則沒有意義。 外界因素如高溫 、 高壓 、強磁場 、 電場等都不能改變原子核這種指數(shù)衰變特性 。 放射性衰變的特點 ?如果我們用 N(t)表示時刻 t存在的原子核數(shù)，那么在時刻 t到 t+dt之間發(fā)生衰變的原子核數(shù) dN就應當和 N(t)及 dt成正比，即 dN∝ N(t)dt dN=λN(t)dt 十一、簡單放射性衰變的基本規(guī)律 ?對上式積分并令 t=0時的原子數(shù)為 N0，則有： ?這就是原子核衰變的基本規(guī)律： 原子核衰變遵循指數(shù)衰減規(guī)律。 ? X射線 產(chǎn)生于原子內(nèi)層電子的 躍遷 ， 它與 γ 射線的差別在于能量和產(chǎn)生的方式不同而已 。 ?β粒子的能量是連續(xù)能量，能譜連續(xù)分布。 X A4 Z Y A Z2 + He 2 4 ? β衰變表達式： X A Z Y A Z+1 + e + v _ X Z A Y Z1 A + e+ + v _ β 衰變： β +衰變： ?特點： ?中子數(shù)過多發(fā)生 β175。 ?設及到三個主要過程即： ?α衰變 、 β衰變 或 γ衰變 ? α衰變表達式： ?特點： α衰變主要發(fā)生于重核 ,絕大多數(shù) α衰變發(fā)生于 A200的重核 。 ?這里有兩個概念： ?母核： 衰變前的原子核。 ?定義： 原子核自發(fā)的放出各種射線而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素的過程。 ?γ射線能穿透幾十厘米的地層 、 水泥環(huán) 、 套管和下井儀器的外殼 。 ?原子核自發(fā)發(fā)射 γ射線的轉(zhuǎn)變 ， 稱為 γ衰變 。 ?γ射線： ?是波長很短的電磁波 。 發(fā)生 β衰變后 ， 原子核的原子序數(shù)改變一個單位 ， 質(zhì)量數(shù)不變 。 它的穿透能力比 α射線強(在金屬中為 )， 但電離作用比 α粒子弱 。 ?在核輻射測井中 ， 利用 α粒子與某些原子核的相互作用可制造中子源 。 ?原子核自發(fā)發(fā)射 α粒子的轉(zhuǎn)變 ， 稱為 α衰變 。 九、放射性射線及性質(zhì) 放射源 鉛盒 照相底片 ????α射線： ?由高速運動的 氦原子核 （ 稱為 α粒子 ） 組成的 。 不能自發(fā)發(fā)生變化的核素 。 ?放射性定義： 核素按有無放射性可分為： ?放射性核素： ?穩(wěn)定核素： 八、放射性 原子核自發(fā)發(fā)射各種射線的性質(zhì)。 能量最低的狀態(tài)。 作圖時 ， 通常取核素的質(zhì)量數(shù)為橫坐標 ， 豐度值為縱坐標 ， 用折線或曲線把圖中的點連起來 ， 所得的曲線稱為元素的豐度曲線 。 H11五、同位素 H21 H31?定義： ?元素的豐度可以用 列表法 或 作圖法 給出 。 人工放射性同位素則是借助于核反應堆和帶電粒子加速器等手段 ， 采用人工方法制備的 。 ?放射性同位素按其來源 有 天然放射性同位素 與 人工放射性同位素 之分 。 四、核素 ?定義： 一種元素由幾種質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的核素組成 ， 這幾種核素就稱為同位素 。 ?核素可以是穩(wěn)定的 ， 也可以是不穩(wěn)定的 。 X A Z 元素符號 原子序數(shù) 質(zhì) 量 數(shù) X A ?定義： 具有特定原子序數(shù) （ 即質(zhì)子數(shù)或核電荷數(shù) ） 、 質(zhì)量數(shù) （ 即核子數(shù) ） 和核能態(tài) ， 而且其平均壽命長到足以被觀察到 （ 一般長于 1010s）的一類原子 。 ?質(zhì)子質(zhì)量為： 。 原子核 核外電子 質(zhì)子 中子 原子（ ） X A Z 質(zhì)量數(shù) （ A） = 質(zhì)子數(shù) （ Z） + 中子數(shù) （ N） ?原子核的質(zhì)量幾乎等于整個原子的質(zhì)量； ?質(zhì)子帶正電荷，中子近乎為中性粒子； ?質(zhì)子數(shù)（也稱為 原子序數(shù) Z）等于核外電子數(shù)； ?質(zhì)子數(shù) Z與中子數(shù) N之和稱為 質(zhì)量數(shù) A； ?原子核的電荷數(shù) = 質(zhì)子質(zhì)子 Z = 原子序數(shù) = 原子核外電子數(shù) 。 原子 原子核 核外電子 質(zhì)子 中子 電荷 +1 0 1 實際質(zhì)量 1027kg 1027kg 相對質(zhì)量 ( 1027) kg 1836 原子的構成 核電荷數(shù)（ Z） 質(zhì)子數(shù) = 電子數(shù) 原子序數(shù) = 原子核半徑小于原子半徑的萬分之一，體積占原子體積 的幾千億分之一。核輻射測井物理基礎 吳文圣 Phone:89733310/13521583846 Email: 地點：綜合科研樓 811 167。 2 原子核物理的基本知識 ?主要介紹一些原子核物理的基本概念 ， 放射性和放射性射線 ， 放射性衰變及衰變規(guī)律 ， 伽馬射線與物質(zhì)的相互作用 ， 物質(zhì)吸收伽馬射線的規(guī)律 ，中子與物質(zhì)的相互作用 。 （帶正電） （帶負電） 不顯 電性 原子的質(zhì)量集中在原子核 = Z 個 （ A－ Z）個 Z 個 質(zhì)量數(shù) 將原子核內(nèi)所有的質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量取近似整數(shù)值加起來，所得的數(shù)值，叫質(zhì)量數(shù)。 ?原子的表示方法 ?原子質(zhì)量單位： 是以碳的同位素 12C為標準確定的，即 1個原子質(zhì)量單位 u為 12C靜止質(zhì)量的1/12，也就是 1u=mc/12= 1027kg。 ?中子質(zhì)量為 ： 。 ?另一種定義：具有一定數(shù)目的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù) ，且處于同一能態(tài)的一類原子 。 目前已經(jīng)知道的核素大約有 2700種 ， 其中約 300種是穩(wěn)定的 ， 其余是不穩(wěn)定的 ， 即放射性的 。 ?分類： 同位素分為 放射性同位素 和 非放射性同位素 。 前者存在于自然界的礦石之中 ，例如 232Th、 235U、 226Ra等 。 如 11C、 32P等 。 在列表或作圖時 ， 通常都把硅 (Si)的豐度值取為 10， 其他核素的豐度值按比例確定 。 它反映元素按質(zhì)量數(shù)的分布規(guī)律 某種核素在其天然同位素混合物中所占的原子核數(shù)目的百分比稱為該核素的豐度 六、豐度 ?能態(tài)： ?基態(tài)： ?激發(fā)態(tài)： 七、能態(tài)、基態(tài)和激發(fā)態(tài) 原子核處于不同的能量狀態(tài)。 處于比基態(tài)高的能量狀態(tài)。 原子核能自發(fā)發(fā)生變化的核素 。 ?放射性核素發(fā)射的射線有三種： ?α、 β和 γ射線 。 它的穿透能力最低 （ 在巖石中只有 ） ， 但電離作用最強 。 發(fā)生 α衰變 ， 原子核原子序數(shù) Z減少 2， 質(zhì)量數(shù) A減少 4。 ?β射線： ?是高速運動的電子流 。 ?原子核自發(fā)發(fā)射 β射線的轉(zhuǎn)變 ， 稱為 β衰變 。 ?在核輻射測井中 ， 利用某些發(fā)射 β射線的核素作為井間監(jiān)測示蹤劑 。 它的穿透能力最強 ， 電離作用最弱 。 發(fā)生 γ衰變后 ， 原子核的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)均不變 。 這一特性使得它成為核輻射測井主要得探測對象 。 十、放射性衰變 ?原子序數(shù) 大于 83(鉍 Bi)的所有天然存在的元素 ,它們的 原子核都是不穩(wěn)定 的，都會發(fā)生衰變；原子序數(shù)小于 83的天然元素也有一些不穩(wěn)定，發(fā)生衰變。 ?子核： 衰變后剩余的余核。 但不等于 A200都能發(fā)生 α衰變 。衰變，質(zhì)子數(shù)過多發(fā)生 β+衰變。 ?幾乎所有的放射性核素都存在 β衰變 γ衰變 ?定義： 原子核由激發(fā)態(tài)向基態(tài)或由高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時，放出 ?射線的衰變過程稱為 ?衰變 . ?原子核的 退激 ， 必然伴隨有 γ射線的放出 ， γ射線的能量就等于相應的核能級之間的 能量差 。 ?放射性衰變過程是由核內(nèi)擾動影響而發(fā)生的 ， 與外界條件無關； ?有些原子核衰變釋放一種或二種射線 ， 有些卻同時釋放三種射線； ?原子核衰變規(guī)律與放出射線的種類無關 ， 與外界環(huán)境無關 。 ?原子核衰變的指數(shù)規(guī)律是原子核本身固有的性質(zhì) ，只和它的內(nèi)部狀態(tài)有關 。 ?不同的放射性核素的 λ不同 ， 即衰變速度不同 。 ?這是因為核衰變是自發(fā)的，對于一個核來講純屬偶然，只有大數(shù)目的原子核才遵循統(tǒng)計規(guī)律。 ?表達式： ? dN/dt的意義： 表示在時刻 t的單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù) ， 它與當時存在的原子核數(shù) N(t)成正比的 。 ?衰變常數(shù) λ量綱 ： [T]1，通常用秒 1或分 1。 指數(shù)衰減規(guī)律反映了原子核衰變的 “ 共性 ” ， 衰變常數(shù)反映了各種原子核的 “ 個性 ” 。 ?表示符號： T1/2 ?意義： 表示原子核衰變的快慢 。 十三、半衰期 ?那么二者之間有什么關系呢？ 由半衰期的定義知： 由衰減的規(guī)律公式有： 當 t= T1/2 N= N0 2 N= N0 2 =N0eλT1/2 T1/2= ln2 λ λ = ?可見： 原子核的半衰期與衰變常數(shù)成反比關系 ，即半衰期長 ， 衰變常數(shù)就小；半衰期短 ， 衰變常數(shù)就大 。 ?定義： 就是指一種放射性原子核平均能夠生存的時間 ， 通常用 τ表示 。 十四、平均壽命 如果 t=0時的原子核數(shù)為 N0 ， 則原子核的總壽命 原子核的平均壽命為： ??0dttN ????001 dttNN??N=N0eλt ??? ? 10?? ?? ?dtte t?2/1 ?T2/1 T?????定義： 把單位時間內(nèi)一個放射源發(fā)生衰變的原子核數(shù)稱為放射性活度 ， 也稱 放射性強度 ， 通常用符號 A表示 。 ?放射性活度的單位： ① 由于歷史原因 ， 習慣上采用居里 （ Ci） 作為放射性活度單位 。 它的定義是：放射源每秒產(chǎn)生一次衰變?yōu)?1貝可 ， 1Bq=1s1。 即放射源的放射性活度與其質(zhì)量比 ， 也稱比活度 ， 用 a表示 。 a的大小表示放射源純度的高低。 mAa ?mNmAa ???ANMmN ?ANMa??a= 105(Ci g1) ?例 2：實驗室測得純 235U樣品的比放射性活度為，試求 235U半衰期。 3 核輻射測井的核物理基礎 本章主要介紹： ?伽馬射線與物質(zhì)的相互作用 ?中子與物質(zhì)的相互作用 ?γ射線與物質(zhì)發(fā)生各種相互作用都有一定的幾率 ，通常用截面 σ這個物理量來