10.S：核物理（摘要）

关键条款

活动	放射性核素衰变率的大小
α (α) 射线	原子核以 alpha 粒子形式发射的射线类型之一
阿尔法衰变	与发射α粒子相关的放射性核衰变
反电子	正电子的另一个名词
抗中微子	β−β− 衰变中电子中微子的反粒子
原子质量	单个原子中质子、中子和电子的总质量
原子质量单位	用于表示单个原子核质量的单位，其中$\displaystyle 1u=1.66054×10^{−27}kg$
原子核	位于原子中心的一组紧密聚集的核子
原子数	原子核中的质子数
becquerel (Bq)	放射性物质衰变速率的 SI 单位，等于 1 次/秒
β (ββ) 射线	原子核以 β 粒子形式发射的射线类型之一
β衰变	与 β 粒子发射相关的放射性核衰变
结合能 (BE)	将原子核分解成其组成质子和中子所需的能量
每个核子的结合能 (BEN)	能量需要从原子核中移除核子
增殖反应堆	专为制造钚而设计的反应堆
carbon-14 约会	使用比率确定先前活组织年龄的方法$\displaystyle ^{14}C/^{12}C$
核素图	包含稳定和不稳定原子核的图表
临界质量	给定核素发生自我维持裂变所需的最小质量
临界性	在这种情况下，连锁反应很容易自我维持
居里 (Ci)	衰减率单位或 1 g 的活度$\displaystyle ^{226}Ra$，等于$\displaystyle 3.70×10^{10}Bq$
女核	由母核衰变产生的核
衰变	不稳定原子的单个原子核通过发射电离粒子而失去质量和能量的过程
衰减常数	与半衰期成反比的量，在原子核数作为时间函数的方程中使用
衰变系列	一系列以稳定原子核结尾的核衰变
裂变	原子核分裂
伽玛 (γγ) 射线	原子核以伽玛粒子形式发射的射线类型之一
伽玛衰变	与伽马辐射发射相关的放射性核衰变
半条命	是时候让一半的原始原子核衰变（或剩下一半的原始原子核）
高剂量	辐射剂量大于 1 Sv (100 rem)
同位素	质子数量相同但中子数不同的原核
终身	原子核在衰变前存在的平均时间
液滴模型	原子核模型（只是为了理解它的一些特征），其中原子核中的核子像水滴中的原子一样起作用
低剂量	辐射剂量小于 100 mSv (10 rem)
质量缺陷	原子核的质量与其组成核子的总质量之间的差异
质量数	原子核中的核子数
中等剂量	辐射剂量从 0.1 Sv 到 1 Sv（10 到 100 rem）
中微子	没有净电荷的亚原子基本粒子
中子数	原子核中的中子数
核聚变	组合较轻原子核以制造较重原子核的过程
核聚变反应堆	利用聚变链产生能量的核反应堆
核子	在原子核内发现的质子和中子
核合成	聚变过程，据信地球上的所有元素都是通过这种聚变产生的
核素	核
母核	衰变前的原始核
正电子	带正电荷的电子
正电子发射断层扫描 (PET)	断层摄影技术，使用$\displaystyle β^+$发射器检测两条歼灭$\displaystyle γ$射线，有助于源定位
质子-质子链	融合氢核产生 He 核的联合反应
辐射剂量单位 (rad)	每千克组织沉积的电离能量
放射性测年	放射性衰变的应用，其中材料的寿命由发生的特定类型的放射性量决定
放射性衰变定律	描述了放射性样品中母核的指数级减少
放射性标签	特殊药物（放射性药物），允许医生跟踪体内其他药物的移动
放射性	原子核辐射的自发发射
放射性药物	用于医学成像的化合物
原子核的半径	原子核的半径定义为$\displaystyle r=r_0A^{1/3}$
相对生物学有效性 (RBE)	该数字表示给定类型的固定数量的电离辐射可能对生物组织造成的相对损害
伦琴等效人 (rem)	剂量单位与生物组织效应的关系更为密切
sievert (Sv)	SI 等同于 rem
单光子发射计算机断层扫描 (SPECT)	使用$\displaystyle γ$发射放射性药物进行断层扫描
强大的核力量	在原子核中将核子结合在一起的力
超铀元素	元素周期表中铀以外的元素

关键方程

原子质量数	$\displaystyle A=Z+N$
表示同位素的标准格式	$\displaystyle ^A_ZX$
核半径，其中 r 0 是单个质子的半径	$\displaystyle r=r_0A^{1/3}$
质量缺陷	$\displaystyle Δm=Zm_p+(A−Z)m_n−m_{nuc}$
结合能量	$\displaystyle E=(Δm)c^2$
每个核子的结合能	$\displaystyle BEN=\frac{E_b}{A}$
放射性衰变率	$\displaystyle −\frac{dN}{dt}=λN$
放射性衰变定律	$\displaystyle N=N_0e^{−λt}$
衰减常数	$\displaystyle λ=\frac{0.693}{T_{1/2}}$
物质的寿命	$\displaystyle \bar{T}=\frac{1}{λ}$
放射性物质的活性	$\displaystyle A=A_0e^{−λt}$
放射性物质的活性（线性形式）	$\displaystyle lnA=−λt+lnA_0$
阿尔法衰变	$\displaystyle ^A_ZX→^{A−4}_{Z−2}X+^4_2He$
Beta 衰变	$\displaystyle ^A_ZX→^A_{Z+1}X+^0_{−1}e+\bar{v}$
正电子发射	$\displaystyle A^Z_X→^A_{Z−1}X+^0_{+1}e+v$
伽玛衰变	$\displaystyle ^A_ZX*→^A_ZX+γ$

摘要

10.1 原子核的特性

• 原子核由质子和中子组成。

   

• 原子核中的质子数由原子序数 Z 给出。 原子核中的中子数是中子数 N。 核子的数量是质量数，A。

   

• 原子序数相同 Z 但中子数不同的原子核 N 是同一元素的同位素。

   

• 元素的原子质量是其同位素质量的加权平均值。

   

10.2 核结合能

• 原子核的质量缺陷是原子核的总质量与其所有组成核子的质量之和之间的差异。

   

• 原子核的结合能 (BE) 等于形成原子核时释放的能量，或者质量缺陷乘以光速的平方。

   

• 每核子结合能（BEN）与原子序数 A 的对比图意味着原子核分裂或组合会释放大量能量。

   

• 原子核中核子的结合能类似于原子中电子的电离能。

   

10.3 放射性衰变

• 在放射性物质的衰变中，如果衰变常数 (λα) 很大，则半衰期很小，反之亦然。

   

• 放射性衰变定律$\displaystyle N=N_0e^{−λt}$,, 使用放射性物质的特性来估计物质的寿命.

   

• 放射性碳与稳定碳具有相同的化学成分，因此它会混合到生态圈中，最终成为每个活生物体的一部分。 通过将人工制品$\displaystyle ^{14}C$中的丰度与活组织中的正常丰度进行比较，可以确定人工制品的年龄。

   

10.4 核反应

• 三种类型的核辐射是 alpha ($\displaystyle α$) 射线、β ($\displaystyle β$) 射线和 gamma ($\displaystyle γ$) 射线。

   

• 我们用符号表示αα衰变$\displaystyle ^A_ZX→^{A−4}_{Z−2}X+^4_2He$。 $\displaystyle β$衰变有两种类型：电子 ($\displaystyle β^−$) 或正电子 ($\displaystyle β^+$) 由原子核发射。 $\displaystyle γ$衰变用象征性地表示为$\displaystyle ^A_ZX*→^A_ZX+γ$。

   

• 当重核衰变为较轻的子核时，较轻的子核可以成为下一次衰变的母核，依此类推，产生衰变序列。

   

10.5 裂变

• 核裂变是一个过程，在这个过程中，产物核的质量总和小于反应物的质量。

   

• 核裂变反应中的能量变化可以用每核子曲线的结合能来理解。

   

• 通过核转化生产新的或不同的同位素称为育种，为此目的设计的反应堆称为增殖反应堆。

   

10.6 核聚变

• 核聚变是指两个原子核结合形成更大的原子核的反应；当轻核融合形成中等质量的原子核时，会释放能量。

   

• 聚变反应释放的能量被称为 Q 值。

   

• 核聚变解释了产生聚变（或氢气）弹的氘和钍之间的反应；聚变还解释了太阳中能量的产生、核合成的过程以及重元素的产生。

   

10.7 核辐射的医学应用和生物影响

• 核技术用于医学中，使用称为放射性药物的特殊药物来定位和研究患病组织。 放射性标签用于识别骨骼中的癌细胞、脑肿瘤和阿尔茨海默病，并监测人体器官的功能，例如血流、心肌活动和甲状腺中的碘摄取。

   

• 电离辐射的生物效应归因于它对细胞的两种影响：干扰细胞繁殖和破坏细胞功能。

   

• 常见的辐射源包括地球通过铀、钍和钾的同位素发射的辐射；来自宇宙射线、土壤和建筑材料的自然辐射，以及来自医学和牙科诊断测试的人工辐射。

   

• 核辐射的生物效应由许多不同的物理量和许多不同的单位表示，包括辐射剂量单位或辐射剂量单位。