第三章原子核的衰變

第三章原子核的衰變第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日原子核衰變主要的類型:

a,b,gTypeofRadiation

Charge/Mass

Penetration

a=Henucleus+2q/4mp sheetofpaper

b=electronorpositron–q/meor+q/mefewmmmetal

g=high-energyphotonnocharge severalcmlead

此外，還有中子發(fā)射、質(zhì)子發(fā)射、裂變等第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日各種輻射的穿透能力第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日3.1衰變

衰變：不穩(wěn)定核自發(fā)地放出粒子而蛻變的過程.放射性核素一般為重核，質(zhì)量數(shù)>140衰變放出的粒子能量在4～9MeV范圍衰變半衰期范圍很寬，10-7s～1015a衰變基本特點(diǎn)：第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日1、衰變能及衰變發(fā)生的條件2、衰變過程中粒子的動(dòng)能3、衰變能與核能級(jí)的關(guān)系4、衰變能與衰變常數(shù)的關(guān)系5、其它重粒子的衰變第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日母核X衰變?yōu)樽雍薡和一個(gè)

a

粒子.1、衰變能及衰變發(fā)生的條件BeforeParent衰變前，母核X靜止，根據(jù)能量守恒定律：AfterDaughterTYaT衰變前靜止質(zhì)量衰變后靜止質(zhì)量衰變后動(dòng)能第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日定義：衰變能E0為子核Y和a粒子的動(dòng)能之和，也就是衰變前后靜止質(zhì)量之差即：衰變前后靜止質(zhì)量的質(zhì)量虧損以原子質(zhì)量代替核質(zhì)量，并忽略電子結(jié)合能

有或第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日

衰變發(fā)生的條件：衰變前母核原子質(zhì)量必須大于衰變后子核原子質(zhì)量和氦原子質(zhì)量之和。第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日例如，原子質(zhì)量分別為：209.9829u，205.9745u，4.0026u。M>0，E0>0，可以發(fā)生衰變。又如，原子質(zhì)量分別為：63.9298u，59.9338u，4.0026u。M<0，E0<0，不可能發(fā)生衰變。第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日

利用質(zhì)量虧損m的定義：

衰變能還可用質(zhì)量虧損m表示

假設(shè)結(jié)合能隨(Z,A)的變化是平滑的

代入結(jié)合能半經(jīng)驗(yàn)公式，可得到衰變能隨(Z,A)的變化關(guān)系E0(Z,A)穩(wěn)定線上原子核的衰變能隨A的變化曲線第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日2、衰變過程中粒子的動(dòng)能衰變前，母核X靜止，根據(jù)能量守恒定律：BeforeaAfterParentDaughterTYT衰變前，母核X靜止，根據(jù)動(dòng)量守恒定律：第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日那么：所以：

可以通過測(cè)量

粒子的能量得到衰變能。第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日3、衰變能與核能級(jí)的關(guān)系什么是a能譜?什么叫核能級(jí)?第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日ParentaDaughterTY1T1單一能級(jí)衰變的母核的不同衰變能反映了子核有多個(gè)能級(jí)，且能級(jí)能量可以由衰變能求出。aDaughterTY2T2aDaughterTYnTn第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日TE0E0(0)-E0E相對(duì)強(qiáng)度06.3306.444079%16.2206.3320.1120.11219%26.0956.2050.2390.2421.7%36.0296.1370.3070.197+0.1120.6%例子：已知的衰變數(shù)據(jù)求子核能級(jí)子核能級(jí)第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日ParentDaughterTY1T1多能級(jí)母核到子核基態(tài)的不同衰變能反映了母核的多個(gè)能級(jí)，且能級(jí)能量可以求出.aDaughterTY2T2aDaughterTYnTnParentParent第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日TE0E0-E0(0)E相對(duì)強(qiáng)度08.7858.954010619.4999.6820.7280.72734210.43210.6331.6790.953+0.72710310.55010.7531.7991.800160例子：已知的衰變數(shù)據(jù)求母核能級(jí)母核能級(jí)第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日4、衰變能與衰變常數(shù)的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，衰變能與衰變常數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：其中系數(shù)a對(duì)同一個(gè)天然放射系是常數(shù)。可以寫成:即：衰變常數(shù)隨粒子能量劇烈變化。第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日部分偶偶核從基態(tài)到基態(tài)的衰變半衰期與粒子能量的關(guān)系。第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日衰變常數(shù)衰變能E0單位時(shí)間逃出概率逃出后能量粒子與核的相互作用粒子在核中受到的勢(shì)壘第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日即使能量較低，但粒子總有一定概率P穿透勢(shì)壘。雖然，但根據(jù)量子力學(xué)的勢(shì)壘穿透理論，“隧道效應(yīng)”第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日其中為粒子和子核的折合質(zhì)量.經(jīng)過推導(dǎo)，其中有近似按量子力學(xué)勢(shì)壘穿透理論，粒子穿透勢(shì)壘的概率為：第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日衰變常數(shù)是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的概率，應(yīng)等于單位時(shí)間內(nèi)粒子撞擊勢(shì)壘的次數(shù)n與穿透勢(shì)壘的概率P的乘積。第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日給出了衰變常數(shù)和衰變能之間的定性關(guān)系：衰變的衰變常數(shù)隨發(fā)射的粒子的能量而劇烈變化，粒子能量越高的衰變常數(shù)就越大。與實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。1)A、B對(duì)同一元素為常數(shù)，近似僅與Z有關(guān)。2)此公式僅對(duì)偶偶核符合好。3)E0變化一點(diǎn)，變化很大。第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日5、其他重粒子衰變質(zhì)子放射性；中子放射性；其它重粒子放射性。由衰變能與母核、子核之間的關(guān)系：其中，mX是母核質(zhì)量，mY是子核質(zhì)量，mh是衰變發(fā)射出粒子的質(zhì)量。從能量守恒看，只要E0>0，就有可能發(fā)生發(fā)射該粒子的情況：第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日質(zhì)子發(fā)射：原子核自發(fā)發(fā)射質(zhì)子的現(xiàn)象。遠(yuǎn)離穩(wěn)定線的缺中子核，N/Z很小，可能出現(xiàn)Sp<0的情況，自發(fā)地發(fā)射出質(zhì)子。

競(jìng)爭(zhēng)過程是放射性和軌道電子俘獲。質(zhì)子發(fā)射是研究遠(yuǎn)離β穩(wěn)定線核素的重要領(lǐng)域。

穩(wěn)定線附近核素的最后一個(gè)質(zhì)子