放射性与核反应描述分析.ppt

第二章 放射性与核反应 TOPIC 核结合能( Nuclear binding energy) 放射性( Radioactivity) 人造同位素( Artificial isotopes 核反应( Nuclear reactions) 分离放射性同位素( Separation of radioactive isotopes) 同位素的应用( Applications of isotopes 2H和c的来源( Sources of 2H and1C)(略) 核磁共振光谱:应用( Nuclear magnetic resonance spectroscopy: applications)(略 穆斯堡尔谱:应用程序(Moi¨ ssbauer spectroscopy: applications) 21放射性衰变过程一自发核反应 原子核通过自发衰变或人工轰击而进行的核反应与 化学反应有根本的不同 第一,化学反应涉及核外电子的变化,但核反应的 结果是原子核发生了变化。 第二,化学反应不产生新的元素,但在核反应中 种元素嬗变为另一种元素。 第三,化学反应中各同位素的反应是相似的,而 核反应中各同位素的反应不同。 第四,化学反应与化学键有关,核反应与化学键 无关。 第五,化学反应吸收和放出的能量大约为10~10 Jmol-1,而核反应的能量变化在108~109 k,. mol-1。 最后,在化学反应中,反应前后物质的总质量不 变,但在核反应中会发生质量亏损。 总结:放射性就是不稳定的原子核,可自发发射出粒 子或电磁波的现象。 21.1放射性射线 天然放射性核素在衰变时可以放出三种射线: (1)a射线42He2+ a射线是带二个正电荷的氦核流,粒子的质量大约 为氢原子的四倍,速度约为光速的115,电离作用强 穿透本领小,0.1mm厚的铝箔即可阻止或吸收a射线。 母核放射出a射线后,子体的核电荷和质量数与母 体相比分别减少2和4。子核在周期表中左移二格,如 226Ra 22Rn2-+4,He2 般认为,只有质量数大于209的核素才能发生a衰 变,因此,209是构成一个稳定核的最大核子数。 (2)射线°阝(或0e) β射线是带负电的电子流,速度与光速接近,电离 作用弱,穿透能力约为a射线的100倍。 核中中子衰变产生0-1B 1P+0-e+0v 核素经β衰变后,质量数保持不变,但子核的核电 荷较母核增加一个单位,在周期表中位置右移一格。如 2182Pb203Bi+0-e (3)射线 Y射线是原子核由激发态回到低能态时发射出的一 种射线,它是一种波长极短的电磁波(高能光子),不为电 场、磁场所偏转,显示电中性,比X射线的穿透力还强, 因而有硬射线之称,可透过200mm厚的铁或88mm厚的 铅板,没有质量,其光谱类似于元素的原子光谱。 发射出γ射线后,原子核的质量数和电荷数保持不 变,只是能量发生了变化。 212放射性衰变系 在自然界出现的天然放射性核素,按其质量,可以划分 为Th、U和Ac三个系列。 其中Th、U和Ac是三个系列中半衰期最长的成员。它们 通过一系列的a和衰变,变成原子序数为82的铅的同位素。 Th(4n)系,包括13种核素,由23yTh1步衰变206。Pb; U(4n+2)系,包括18种核素,由2389U 14步变26Pb Ac(4+3)系,包括15种核素,由25U3步衰变 8步衰变zm,Pb 括号中的数字表示一个特定系列的所有成员其质量数都可以 恰好被4整除,或者被4整除后的余数为2或3。 在上述三个系中,系与系间没有交错,即一个序列的核不能衰 变为另一序列的核。 在发现了人造的铀后元素之后,又增添了镎系 Np(4n+1)系,包括15种核素,由21Pu2步衰变 23y2Np1步变20Bi Np系与Th、U、Ac三系有明显的差别,它的最终 产物为2098Bi而不是2Pb 系列的衰变步骤可根据系列的始末成员的质量和核 电荷及、β射线的知识所获得。 如对Th系,假定放射了a个a粒子和b个粒子,则 质量变化数为232-208=4a,a=6 核电荷变化为90-82=2a-b,b=4。 即23Th经过6次u衰变和4次衰变(共10步衰变)变 为2082Pb。