1、一一. 原子的核狀結構原子的核狀結構二二. 玻爾理論的基本假設玻爾理論的基本假設三三. 原子的能級和電子的軌道半徑原子的能級和電子的軌道半徑 原子的能級原子的能級 1903年年 j. .j. .湯姆遜提出，原子湯姆遜提出，原子中的正電荷和原子質量均勻地分布中的正電荷和原子質量均勻地分布在半徑為在半徑為10-10m的球體內，電子浸于的球體內，電子浸于此球體中，即此球體中，即“葡萄干蛋糕模型葡萄干蛋糕模型”。盧瑟福是盧瑟福是j. .j. .湯姆遜的學生，湯姆遜的學生，提出了原子的有核模型。提出了原子的有核模型。原子核介紹盧瑟福用盧瑟福用 粒子轟擊原子，探索原子內部結構，并粒子轟擊原子，探索原子內部

2、結構，并提出原子的有核模型。提出原子的有核模型。 粒子為氦核粒子為氦核he24以以c/15轟擊金箔，轟擊金箔，在原子中帶電物質的電場力作用下，使它偏離原來的在原子中帶電物質的電場力作用下，使它偏離原來的入射方向，從而發生散射現象。入射方向，從而發生散射現象。041071090180粒子相對數絕大部分粒子經金箔散射后，絕大部分粒子經金箔散射后，散射角很小散射角很小2-3，1/8000的粒子偏轉大于的粒子偏轉大于90 . .原子的中心是原子核，幾乎占有原子的全部質量，原子的中心是原子核，幾乎占有原子的全部質量，集中了原子中全部的正電荷。集中了原子中全部的正電荷。. .電子繞原子核旋轉。電子繞原子核

3、旋轉。. .原子核的體積比原子的體原子核的體積比原子的體積小得多。積小得多。原子半徑原子半徑 10-10m原子核半徑原子核半徑10-14 - 10-15m 1911年盧瑟福在他所做的粒子散射實驗基礎上，提出原子的中心是一個重的帶正電的核，與整個原子的大小相比，核很小。電子圍繞核轉動，類似大行星繞太陽轉動。這種模型叫做原子的核模型，又稱行星模型。從這個模型導出的結論同實驗結果符合的很好，很快就被公認了。 按經典理論電子繞核旋轉，作加速運動，電子按經典理論電子繞核旋轉，作加速運動，電子將不斷向四周輻射電磁波，它的能量不斷減小，從將不斷向四周輻射電磁波，它的能量不斷減小，從而將逐漸靠近原子核，最后落

4、入原子核中。而將逐漸靠近原子核，最后落入原子核中。所以原子應是一個不穩定的系統。軌道及轉動頻率不斷變化，輻射電磁波頻率也是軌道及轉動頻率不斷變化，輻射電磁波頻率也是連續的，連續的， 原子光譜應是連續的光譜。實驗表明原子原子光譜應是連續的光譜。實驗表明原子相當穩定，這一結論與實驗不符。實驗測得原子光譜相當穩定，這一結論與實驗不符。實驗測得原子光譜是不連續的譜線。是不連續的譜線。 玻爾（niels henrik david bohr，1885-1962丹麥理論物理學家，現代物理學的創始人之一。1911年，他來到卡文迪什實驗室，在j.j.湯姆遜的指導下學習和研究，當得知盧瑟福從 粒子散射實驗提出了原

5、子的有核模型后，他深感欽佩，同時也非常理解該模型所遇到的困難。于是他又轉赴盧瑟福實驗室求學，并參加 粒子散射的實驗工作，他堅信盧瑟福的有核模型，認為要解決原子的穩定性問題，必須用量子概念對經典物理來一番改造。在1913年玻爾在盧瑟福所提出的核模型的基礎上，結合原子光譜的經驗規律，應用普朗克于1900年提出的量子假說，和愛因斯坦于1905年提出的光子假說，發表了論原子構造與分子構造等三篇論文，提出了原子所具有的能量形成不連續的能級，當能級發生躍遷時，原子就發射出一定頻率的光的假說。從而完滿地解釋了氫原子光譜的規律。玻爾的成功，使量子理論取得重大進展，推動了量子物理學的形成，具有劃時代的意義。一一

6、. . 原子核的組成原子核的組成二二. . 原子核的表示原子核的表示三三. . 原子核的大小原子核的大小四四. 原子核的原子核的質量虧損質量虧損五五. 原子核的原子核的結合能結合能第一節 原子核的基本性質 氫核氫核 帶一個單位的正電核帶一個單位的正電核 質子數質子數 z mz mp p = 1.007276u = 1.007276u 質量數質量數 a=z+n 1u = 1.660566a=z+n 1u = 1.660566 1010-27-27kgkg 不能長期存在于自然界不能長期存在于自然界 不帶電不帶電 中子數中子數 n mn mn n = 1.008665u= 1.008665u質子質子

7、(proton)(proton)中子中子(neutron)(neutron)一一. . 原子核的組成原子核的組成原子核的基本性質原子核的基本性質二二. . 原子核的表示原子核的表示axz質量數質量數原子序數原子序數元素的化學符號元素的化學符號例例: :氦核氦核 鐳核鐳核 碳核碳核he42226 ra8813 c6原子核的基本性質原子核的基本性質四四. 質量虧損質量虧損 (mass defect) 實驗證明，一個原子核的質量，總是小實驗證明，一個原子核的質量，總是小于組成它們的核子的質量之和。于組成它們的核子的質量之和。m = zmp+ ( a - z ) mn - ma例：核子組成氦核所發生的

8、質量虧損為例：核子組成氦核所發生的質量虧損為氦核氦核42hem = (2 1.007276+2 1.008665) - 4.001506 = 0.030376u原子核的基本性質原子核的基本性質五五. 結合能結合能 (binding energy) 由相對論質能關系，系統的質量改變由相對論質能關系，系統的質量改變m時，一定伴有能量改變時，一定伴有能量改變emc2 核子組成核時所釋放出的能量叫做核子組成核時所釋放出的能量叫做原子核的結合能。原子核的結合能。1u的質量改變對應的能量為的質量改變對應的能量為1uc2 = 1.660566 10-27 (2.99792 108)2 = 1.49244 1

9、0-10j = 931.5mev原子核的基本性質原子核的基本性質核子結合成核核子結合成核核分裂為核子核分裂為核子放出能量放出能量供給能量供給能量原子核的穩定性原子核的穩定性 核子組成原子核時所釋放的能量核子組成原子核時所釋放的能量對核子數求平均值對核子數求平均值-平均結合能平均結合能ae描述原子核的穩定性描述原子核的穩定性原子核的基本性質原子核的基本性質五五. 結合能結合能 (binding energy)一一. 衰變衰變 （ alpha decay ）二二. 衰變衰變 （beta decay）三三. 衰變衰變 （gamme decay）第二節 原子核的衰變 原子核自發地放射出某種射線而轉變為

10、另一種核素的現象這種不穩定核素叫做放射性核素核素放出射線的性質叫做放射性母核 母體子核 子體原子核的衰變原子核的衰變一一. 衰變衰變 放射性核素的原子核放射出放射性核素的原子核放射出 粒子而衰變粒子而衰變為另一種原子核的過程為另一種原子核的過程, ,叫做叫做 衰變衰變. . 氦核氦核42he衰變反應式衰變反應式azxa-4z-2y+42he + q原子核的衰變原子核的衰變例例 鐳核衰變為氡核鐳核衰變為氡核22688rarn +4222862he + qq 衰變能衰變能 粒子及其動能粒子及其動能 射線射線 原子核的衰變原子核的衰變一一. 衰變衰變 衰變過程中放出的能量。衰變過程中放出的能量。大部

11、分以大部分以 粒子的動能的形粒子的動能的形式放出，還有一部分是子核式放出，還有一部分是子核反沖動能（約占反沖動能（約占2）。）。q 衰變能衰變能原子核的衰變原子核的衰變一一. 衰變衰變 衰變能中的大部分轉變為衰變能中的大部分轉變為 粒子的粒子的動能，本例中為動能，本例中為4.777mev和和4.589mev。 射線就是射線就是 粒子流。粒子流。 粒子高速從核中飛出粒子高速從核中飛出,在受到物質阻止在受到物質阻止失去速度后失去速度后,俘獲兩個電子變成一個俘獲兩個電子變成一個中性的氦原子中性的氦原子. 粒子及其動能粒子及其動能94.3%5.7%原子核的衰變原子核的衰變一一. 衰變衰變 生成的子核具

12、有不生成的子核具有不同的能態，當子核從激同的能態，當子核從激發態向基態躍遷時，把發態向基態躍遷時，把多余的能量以光子的形多余的能量以光子的形式輻射出來，就是式輻射出來，就是 射射線。線。22688rarn22286 射線射線原子核的衰變原子核的衰變一一. 衰變衰變 一一. 衰變衰變 放射性核素的原子核放射出放射性核素的原子核放射出 粒子而衰變為粒子而衰變為另一種原子核的過程另一種原子核的過程, ,叫做叫做 衰變衰變. . 氦核氦核42he衰變反應式衰變反應式azxa-4z-2y+42he + q 衰變的位移法則：子核在元素同期衰變的位移法則：子核在元素同期表中位置比母核前移兩位。表中位置比母核

13、前移兩位。原子核的衰變原子核的衰變1. 1. 衰變衰變3. 3. 電子俘獲電子俘獲2. 2. 衰變衰變二二. 衰變衰變 放射性核素的原子核放射出放射性核素的原子核放射出 粒子而粒子而衰變為另一種原子核的過程衰變為另一種原子核的過程, ,叫做叫做 衰變衰變. . 原子核的衰變原子核的衰變1. 衰變衰變 放射性核素的原子核放射出負電子而放射性核素的原子核放射出負電子而衰變為另一種原子核的過程衰變為另一種原子核的過程, ,叫做叫做 衰變衰變. . 衰變反應式衰變反應式 衰變的位移法則：子核在元素同期衰變的位移法則：子核在元素同期表中位置比母核后移一位。表中位置比母核后移一位。azxaz1y+01e

14、+ q 00中微子中微子原子核的衰變原子核的衰變 原子核內是不含有電子的。在原子核內是不含有電子的。在 衰變中，原子核中一個中子轉換為一衰變中，原子核中一個中子轉換為一個質子時，同時產生一個負電子和一個質子時，同時產生一個負電子和一個中微子。個中微子。np+01e + q 00原子核的衰變原子核的衰變二二. 衰變衰變例例 放射性磷衰變為硫核放射性磷衰變為硫核v 中微子中微子3215ps +321601e + q 00 電荷數為零，質量均為電子質量的電荷數為零，質量均為電子質量的0.05%，質量數也為零。，質量數也為零。v 射線射線 原子核的衰變原子核的衰變二二. 衰變衰變v 射線射線 生成的子

15、核具有不生成的子核具有不同的能態，當子核從激同的能態，當子核從激發態向基態躍遷時，把發態向基態躍遷時，把多余的能量以光子的形多余的能量以光子的形式輻射出來，就是式輻射出來，就是 射射線。線。激發態激發態基態基態子核能態子核能態母核能態母核能態原子核的衰變原子核的衰變二二. 衰變衰變2. 衰變衰變 放射性核素的原子核放射出正電子而放射性核素的原子核放射出正電子而衰變為另一種原子核的過程衰變為另一種原子核的過程, ,叫做叫做 衰變衰變. . 衰變反應式衰變反應式 衰變的位移法則：子核在元素同期衰變的位移法則：子核在元素同期表中位置比母核前移一位。表中位置比母核前移一位。azxaz1y + 01e

16、+ q 00原子核的衰變原子核的衰變 原子核內也不含有正電子。在原子核內也不含有正電子。在 衰變中，原子核中一個質子放出一個衰變中，原子核中一個質子放出一個正電子轉變為一個中子，同時放出一正電子轉變為一個中子，同時放出一個中微子個中微子。np+01e + q 00原子核的衰變原子核的衰變二二. 衰變衰變例例 放射性氮核衰變為碳核放射性氮核衰變為碳核v 中微子中微子137nc+1360+1e + q 00 電荷數為零，質量均為電子質量的電荷數為零，質量均為電子質量的0.05%，質量數也為零。質量數也為零。v 電子對淹沒電子對淹沒v 射線射線 正電子壽命很短，它與周圍物質相互作用時，正電子壽命很短

17、，它與周圍物質相互作用時，可在核場的作用下與一個電子結合產生兩個飛行可在核場的作用下與一個電子結合產生兩個飛行方向相反的光子。方向相反的光子。 0.511 mev原子核的衰變原子核的衰變二二. 衰變衰變v 射線射線 生成的子核具有不生成的子核具有不同的能態，當子核從激同的能態，當子核從激發態向基態躍遷時，把發態向基態躍遷時，把多余的能量以光子的形多余的能量以光子的形式輻射出來，就是式輻射出來，就是 射射線。線。高職截止！高職截止！激發態激發態基態基態子核能態子核能態母核能態母核能態原子核的衰變原子核的衰變二二. 衰變衰變3. 電子俘獲電子俘獲 放射性核素的原子核俘獲一個核外電放射性核素的原子核

18、俘獲一個核外電子，使核中的一個質子轉變為一個中子，子，使核中的一個質子轉變為一個中子，從而衰變為另一種原子核的過程從而衰變為另一種原子核的過程, ,叫做電子叫做電子俘獲俘獲. . 衰變反應式衰變反應式 電子俘獲的位移法則：子核在元素同期電子俘獲的位移法則：子核在元素同期表中位置比母核前移一位。表中位置比母核前移一位。azxaz1y+ 01 + q 00e原子核的衰變原子核的衰變 原子核俘獲的電子是內層電子，俘獲原子核俘獲的電子是內層電子，俘獲后原子核的殼層中缺少一個內層電子后原子核的殼層中缺少一個內層電子,這這是不穩定狀態，當外殼層電子躍遷到內是不穩定狀態，當外殼層電子躍遷到內層來填補這個空位

19、時，放射出子核的標層來填補這個空位時，放射出子核的標識識x射線。射線。 有些核素在發生電子俘獲后，子核處有些核素在發生電子俘獲后，子核處于激發狀態，這時會發射于激發狀態，這時會發射 射線。射線。原子核的衰變原子核的衰變二二. 衰變衰變1. 衰變衰變3. 電子俘獲電子俘獲2. 衰變衰變二二. 衰變衰變azxaz1y+01e + q 00azxaz1y + 01e + q 00azxaz1y+ 01 + q 00e原子核的衰變原子核的衰變三三. 衰變與內轉換衰變與內轉換 核衰變中產生的子核若處于激發態，它核衰變中產生的子核若處于激發態，它會很快地從高能級躍遷到較低的能級，同時會很快地從高能級躍遷到

20、較低的能級，同時把多余的能量以把多余的能量以 光子的形式輻射出來。光子的形式輻射出來。衰變反應式衰變反應式amzxazy + 激發態核激發態核基態基態核核原子核的衰變原子核的衰變 若原子核從激發態躍遷到較低能態或若原子核從激發態躍遷到較低能態或基態時，不向外幅射光子，而是將能量直基態時，不向外幅射光子，而是將能量直接傳遞給核外的內殼層電子，使其脫離原接傳遞給核外的內殼層電子，使其脫離原子的束縛而成為自由電子，這一過程叫做子的束縛而成為自由電子，這一過程叫做內轉換。內轉換。 內轉換的結果，使原子內殼層上出現內轉換的結果，使原子內殼層上出現了空位，較外層電子將來填補這一空位，了空位，較外層電子將來

21、填補這一空位，從而輻射出標識從而輻射出標識x射線或俄歇電子。射線或俄歇電子。原子核的衰變原子核的衰變三三. 衰變與內轉換衰變與內轉換一一.衰變規律衰變規律第三節 核衰變的規律二二.半衰期半衰期 ( half life )三三. 平均壽命平均壽命 ( mean life ) 四四. 放射性活度放射性活度 (radioactivity)dtndndtndn0lnlnntktnndtdntenn0核衰變的規律核衰變的規律一一.衰變規律衰變規律一一.衰變規律衰變規律ndtdntenn0tn : 衰變常數衰變常數,是反映原子核衰變快慢的是反映原子核衰變快慢的 物理量物理量.核衰變的規律核衰變的規律二二.

22、半衰期半衰期 ( half life )1.物理半衰期物理半衰期2.生物半衰期生物半衰期3.有效半衰期有效半衰期核衰變的規律核衰變的規律1.物理半衰期物理半衰期tenn0衰變規律衰變規律把把 t=t 時時 n = n0/2 代入代入得：得：tteenn21200取對數：取對數： ln2 = 0.693 t693. 0t核衰變的規律核衰變的規律 放射性核素衰減到原來數量一半所放射性核素衰減到原來數量一半所需的時間。需的時間。1.物理半衰期物理半衰期 放射性核素衰減到原來數量一半所需的時放射性核素衰減到原來數量一半所需的時間。間。693. 0tttttnenn/02ln021衰變定律又可為衰變定律

23、又可為核衰變的規律核衰變的規律2.生物半衰期生物半衰期 在生物體內，放射性核素除按上述在生物體內，放射性核素除按上述物理衰變規律減少外，由于生物體的新物理衰變規律減少外，由于生物體的新陳代謝，也會使母核減少。我們把母核陳代謝，也會使母核減少。我們把母核由于這種原因減到原來數量一半所需的由于這種原因減到原來數量一半所需的時間叫做生物半衰期。時間叫做生物半衰期。bbbt693.02ln生物衰變常數生物衰變常數核衰變的規律核衰變的規律3.有效半衰期有效半衰期 由于上述兩種原因，生物體內的放射性由于上述兩種原因，生物體內的放射性核素的母核衰減到原來數量一半所需的時核素的母核衰減到原來數量一半所需的時間

24、。間。bbetttttbe核衰變的規律核衰變的規律考慮到兩種衰變過程同時發生，有考慮到兩種衰變過程同時發生，有tttbbeneenn)(00)(teen0be有效衰變常數有效衰變常數核衰變的規律核衰變的規律tenn0衰變規律衰變規律3.有效半衰期有效半衰期把把 t=t 時時 n = n0/2 代入代入tteeeenn21200取對數：取對數： ln2 = 0.693 etbbbbettttttt 111693. 0693. 0 核衰變的規律核衰變的規律tenn0衰變規律衰變規律3.有效半衰期有效半衰期二二.半衰期半衰期 ( half life )1.物理半衰期物理半衰期2.生物半衰期生物半衰期

25、3.有效半衰期有效半衰期bbettttt 693. 0693.0tbbbt693.02ln核衰變的規律核衰變的規律tenn0dt時間內衰變的原子核有時間內衰變的原子核有其壽命為其壽命為 t壽命之和為壽命之和為 t ndt在在 t = 0 到到 t = 時間內時間內n0個核衰變個核衰變0ntdt11100000tdtennntdtnt其壽命之和其壽命之和ndtdtendnt)(0核衰變的規律核衰變的規律三三. 平均壽命平均壽命 ( mean life ) 三三. 平均壽命平均壽命 ( mean life ) 放射性核素在全部衷變完之前平均放射性核素在全部衷變完之前平均存在的時間存在的時間 。69

26、3. 01t與與 、t一樣，也是表示核衰變快慢的常數。一樣，也是表示核衰變快慢的常數。核衰變的規律核衰變的規律四四. 放射性活度放射性活度 (radioactivity)單位時間內衰變的核子數單位時間內衰變的核子數.dtdna單位單位:貝可貝可 bq (becquerel)1bq=1核衰變核衰變/秒秒核衰變的規律核衰變的規律tenn0dtdnatteaenndtdna0000na核衰變的規律核衰變的規律四四. 放射性活度放射性活度 (radioactivity)四四. 放射性活度放射性活度 (radioactivity)單位時間內衰變的核子數單位時間內衰變的核子數.dtdna單位單位:貝可貝可 bq (becquerel)teaa0與與t有關有關核衰變的規律核衰變的規律例例: 放射性碘放射性碘 131i 出廠時的放射性活度為出廠時的放射性活度為9.25 105 bq ,問