第三章原子核的衰變

第三章原子核的衰變第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月各種輻射的穿透能力第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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：第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月1、

衰變能及

衰變發(fā)生的條件2、衰變過程中粒子的動能3、衰變能與核能級的關(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5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月母核X衰變?yōu)樽雍薡和一個

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)量衰變后動能第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月定義：

衰變能E0為子核Y和a粒子的動能之和，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7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

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8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月例如，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9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

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10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2、衰變過程中粒子的動能衰變前，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)動量守恒定律：第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月那么：所以：

可以通過測量

粒子的能量得到

衰變能。第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月3、衰變能與核能級的關(guān)系什么是a能譜?什么叫核能級?第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月ParentaDaughterTY1T1單一能級衰變的母核的不同衰變能反映了子核有多個能級，且能級能量可以由

衰變能求出。aDaughterTY2T2aDaughterTYnTn第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月T

E0E0(

0)-E0E

相對強度

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)求子核能級子核能級第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月ParentDaughterTY1T1多能級母核到子核基態(tài)的不同衰變能反映了母核的多個能級，且能級能量可以求出.aDaughterTY2T2aDaughterTYnTnParentParent第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月T

E0E0-E0(

0)E

相對強度

08.7858.9540106

19.4999.6820.7280.72734

210.43210.6331.6790.953+0.72710

310.55010.7531.7991.800160例子：已知的衰變數(shù)據(jù)求母核能級母核能級第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月4、衰變能與衰變常數(shù)的關(guān)系

實驗發(fā)現(xiàn)，

衰變能與衰變常數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系：其中系數(shù)a對同一個天然放射系是常數(shù)?？梢詫懗?即：衰變常數(shù)

隨粒子能量劇烈變化。第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月部分偶偶核從基態(tài)到基態(tài)的衰變半衰期與粒子能量的關(guān)系。第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月衰變常數(shù)

衰變能E0單位時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壘第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月即使能量較低，但粒子總有一定概率P穿透勢壘。雖然，但根據(jù)量子力學(xué)的勢壘穿透理論，“隧道效應(yīng)”第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月其中

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)勢壘穿透理論，粒子穿透勢壘的概率為：第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月衰變常數(shù)

是單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的概率，應(yīng)等于單位時間內(nèi)粒子撞擊勢壘的次數(shù)n與穿透勢壘的概率P的乘積。第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月給出了衰變常數(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。與實驗結(jié)論一致。1)A、B對同一元素為常數(shù)，近似僅與Z有關(guān)。2)此公式僅對偶偶核符合好。3)E0變化一點，

變化很大。第25頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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26頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)子發(fā)射：原子核自發(fā)發(fā)射質(zhì)子的現(xiàn)象。遠離穩(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。

競爭過程是放射性和軌道電子俘獲。質(zhì)子發(fā)射是研究遠離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質(zhì)子的