1、第一章第一章 核衰變核衰變 一、幾個概念：一、幾個概念： 1、 同位素（同位素（Isotope）如：）如：1H、2H、3H 互為同位素互為同位素 2、同量異位素（、同量異位素（Isobar）如：）如：48Ca、48Ti 3、同中子異位素（、同中子異位素（Isotones）如：）如：3H、4He 4、同質異能素（、同質異能素（Isomer）如：）如：69Co、69mCo5、放射性同位素（、放射性同位素（Radioisotope）：）：6、天然同位素（、天然同位素（Natrural radioisotope）7、人工同位素（、人工同位素（Arcificial radioisotope）8、穩定性同

2、位素（、穩定性同位素（Staber isotope）9、核衰變核衰變（Nucleon decay）：）： 一種核自發地轉變成另外核并伴有一種核自發地轉變成另外核并伴有 輻射發生的過程。輻射發生的過程。 二、核衰變的特點：二、核衰變的特點：1、衰變具隨機性，是一個機率過程。、衰變具隨機性，是一個機率過程。 2、衰變不受外界條件的影響。、衰變不受外界條件的影響。 3、衰變時放出的射線可使氣體電離、衰變時放出的射線可使氣體電離、 乳乳膠變黑、使熒光物質發光、膠變黑、使熒光物質發光、 周圍周圍 物質溫物質溫度變高等。度變高等。4、 衰變時放出的射線具有一定能量，衰變時放出的射線具有一定能量， 且一種核

3、衰變的射線具有穩定的且一種核衰變的射線具有穩定的 半衰期。半衰期。5、 衰變的核有的穩定，有的不穩定。衰變的核有的穩定，有的不穩定。 母核：衰變前的核母核：衰變前的核 子核：衰變后生成的新核（第一、子核：衰變后生成的新核（第一、 二、三代等）二、三代等） 衰變圖：衰變圖：三、核衰變的種類三、核衰變的種類 1、 衰變（衰變（Alpha） AZX A-4Z-2Y+ +Q AZX 母核母核 A-4Z-2Y 子核子核 出射粒子出射粒子 Q 能量能量例：例：22688Ra 22286Rn + 42He（） （鐳（鐳 氡）氡）2、 - 衰變衰變(Beta-negatron) nP+-+Q+V -：負電子：

4、負電子 n：中子：中子 P：質子：質子 V：反中微子：反中微子 AZX AZ+1Y+-+Q+V 例：例：3215P3216S+ A 、 -粒 子 實 質 是 電 子 ， 質 量 為粒 子 實 質 是 電 子 ， 質 量 為 0.000549u,帶一個負電荷。帶一個負電荷。 B、-粒子比核的質量小幾千倍粒子比核的質量小幾千倍幾十萬幾十萬倍，因此，倍，因此，-粒子從原子核帶走的能量很少。粒子從原子核帶走的能量很少。 C、-粒子的能譜是一個連續值，粒子的能譜是一個連續值，E-的值的值可以從可以從0最大值。最大值。 D、 E0是是-粒子的最大能量值，一般圖表粒子的最大能量值，一般圖表上給上給E-即是即

5、是E0. 3、 +衰變衰變(Beta-pasitron) +:正電子正電子 Pn+Q+V AZXAZ-1Y+Q+V V：中微子：中微子 4、 電子俘獲電子俘獲 （Electeon Capture EC） P+e-n+v AZX+e- AZ-1Y+Q+V 例：例：5526Fe+e-5525Mn 5、衰變衰變（Gamma ray decay） AZXmAZX+ 例例 6027Co6028Ni+ 鈷鈷 11349In11349In+ 銦銦 6028Ni+ 鎳鎳衰變形式衰變形式 放出射線放出射線 原子序數變化原子序數變化 原子質量數變化原子質量數變化 42He -2 -4 - e-(負電子負電子) +

6、1 0 + e+(正電子正電子) -1 0 hr（光子）（光子） 0 0 Ec hr（光子）（光子） -1 0四、放射性核衰變的結果四、放射性核衰變的結果 N=N0e-t式中：式中：N0t=0時原子核數時原子核數 N經過時間經過時間t后剩余原子核數后剩余原子核數 e自然對數底自然對數底 衰變常數衰變常數 t衰變經過的時間衰變經過的時間：單位時間內平均每個核衰變的機率：單位時間內平均每個核衰變的機率 S-1五、核衰變定律五、核衰變定律（Radiactive decay Lan） 例：例：32P =1/1782850秒秒-1=5.610-7秒秒-1 60Co =1/239364155秒秒-1=4.

7、1810-9秒秒-1 越大，該核素越不穩定，因此，越大，該核素越不穩定，因此，32P比比60Co 活躍些。活躍些。 六、兩個重要概念：六、兩個重要概念： 衰變常數衰變常數（Decay comstant）: 單位時間內每個核衰變的機率。單位時間內每個核衰變的機率。 單位：秒單位：秒-1 天天-1由上式：由上式：N=1/2No e-t （當（當t =T） 所以：所以：T= Ln/= 0.693/ N=N0e-t 半衰期半衰期（Half Life）:T1/2 T N0衰變到一半所需用時間。衰變到一半所需用時間。 單位：單位：s、m、h、 d、y 七、七、 放射性強度的單位：放射性強度的單位： 1、

8、放射性強度放射性強度（Radioactivety）：又）：又:放射性活度放射性活度 單位時間內發生的核衰變數單位時間內發生的核衰變數 A=An . e-t 式中：式中：A0衰變前放射性強度衰變前放射性強度 A衰變后放射性強度衰變后放射性強度 e,t：(核衰變定律中的意義核衰變定律中的意義)單位：單位：1、貝克勒爾（貝克勒爾（Becguerel）:貝克貝克 1Bq=1個衰變個衰變/秒秒2、居里（居里（Curie、Ci、C）1Ci=3.7 1010Bq 1uCi=3.7 104Bq又可見又可見:dpm（Decay per minute) dps(Decay per second) 1dps=1Bq

9、 2、 比強度（比強度（Specific activity） a 單位數量放射性物質的放射性強度單位數量放射性物質的放射性強度 a=A/mg a=Ci/g 八、八、 多次衰變多次衰變ABCS式中：式中：S：穩定性核素，其余具放射性。：穩定性核素，其余具放射性。 例如：例如：23892u23490Th23491Pa23492u206Pb 鈾鈾 釷釷 鎂鎂 鉛鉛射線射線 徑跡徑跡射程射程 電比離度電比離度 LET 直線直線 氣：氣：2.4-11cm生物：生物：0.030.07mm 30000離子離子對對/cm 大大曲線曲線 氣氣:幾十幾十Cm幾幾m 60-100離離子對子對/Cm中中直直-曲線曲線

10、 氣氣:幾十幾十m金屬：幾十金屬：幾十Cm幾幾m很少，很少，的的1% 小小（接上表）（接上表）九、射線與物質的相互作用九、射線與物質的相互作用1.幾種射線的性質幾種射線的性質 射線射線 速度速度電荷電荷靜止質量靜止質量（amu） E（mev） 能譜能譜 1/20C 24.0027 2-8.85 單值單值 1/3C 10.00549 0-最大最大 連續值連續值 C 00約等于核約等于核二能級單二能級單值之差值之差 單值單值 2、 帶電粒子與物質的相互作用帶電粒子與物質的相互作用 （1）電離（）電離（Ionization） 離子對、直接電離、間接電離離子對、直接電離、間接電離 （2）激發）激發(E

11、xcitation) （3） 散射（散射（Seatteriong） （4） 吸收（吸收（Alsorption） （5）切倫科夫輻射（）切倫科夫輻射（Cerenkov radiation） （6）韌致輻射（）韌致輻射（Bremsstrahluny） 3、 射線與物質的相互作用射線與物質的相互作用 （1）光電效應（）光電效應（Photoelectric effect） 射線被物質吸收（能量交給一個電射線被物質吸收（能量交給一個電子），發射出電子（子），發射出電子（Ee=Er-結合能）結合能）。 （2）康普頓效應（）康普頓效應（Compton effect） 產生較低能量的產生較低能量的射線改變方向

12、，發射線改變方向，發射出電子射出電子Ee = Er - Er-結合能，完成光結合能，完成光電效應后被吸收。電效應后被吸收。 (3) 產生電子對（產生電子對（Pair production）射線消失（射線消失（Er1.022Mer）,產生電子和產生電子和正 電 子 （ 二 者 又 可 結 合 轉 化 為正 電 子 （ 二 者 又 可 結 合 轉 化 為Er=0.511Mev光子）。光子）。 正負電子正負電子E=1/2（Er-1.022Mev） 光子光子Er7Mev可產生原子核反應可產生原子核反應 4、 中子與物質的相互作用中子與物質的相互作用 （1） 中子：中子： 冷中子：冷中子：En20Mev A. 中子不