高二物理放射性元素的衰變2

1、原子核衰變 放射性衰變的基本規(guī)律放射性衰變的基本規(guī)律 衰變衰變 衰變衰變 衰變衰變 穆斯堡爾效應穆斯堡爾效應2021-11-1放射性衰變基本規(guī)律 核衰變核衰變D原子核是一個量子體系，核衰變是一個量子躍遷過程。D對一個特定的放射性核素，其衰變的精確時間是無法預測的；D但對足夠多的放射性核素的集合，其衰變規(guī)律是確定的，并服從量子力學的統(tǒng)計規(guī)律。放射性衰變基本規(guī)律 指數(shù)衰變律指數(shù)衰變律D Dl衰變常數(shù)：一個原子核在單位時間內發(fā)生衰變的幾率D衰變常數(shù)與外界條件（溫度、壓力、磁場等）幾乎無關NtNeNNtNNtd/ddd0lll放射性衰變基本規(guī)律 半衰期半衰期D60Co的半衰期為5.27a; 238U的

2、半衰期為4.5109alll693.02ln200TeNNT得由放射性衰變基本規(guī)律 平均壽命平均壽命D平均壽命表示：經過時間以后，剩下的核素數(shù)目為初始核素數(shù)目的37%D高速粒子：TTNtNt44.12ln1d00ll22/1cvmL放射性衰變基本規(guī)律 放射性強度：放射性強度：單位時間內物質發(fā)生衰變的原子核數(shù)D放射性強度單位：1居里（Ci）3.71010次核衰變/秒 1毫居0.001居里，1微居0.001毫居D 1貝克勒（Bq）1次核衰變/秒D1g226Ra的放射性強度近似為1居里tteAeNNtNAllll00dd放射性衰變基本規(guī)律 射線的物質效應：射線的物質效應：射線對物質的效應不僅取決于放

3、射性物質本身的強弱，還取決于所釋放的射線的特性及接受射線的材料的性質。D物質效應物質效應單位單位：D1倫琴（R）使1kg空氣中產生2.58104庫侖電量的輻射量 1拉德（rad）1g受輻照物質吸收100erg的輻射能量 1戈瑞（Gr）1kg受輻照物質吸收1J的輻射能量 D比放射性：A = A/m (單位質量的放射性強度）放射性衰變基本規(guī)律 半衰期測量半衰期測量D斜率法：中等壽命的放射性元素D直接法：長壽命的放射性元素D平衡關系測量法：短壽命的放射性元素tAAl0lnln1183231087.41023810022.660/740/ssNA個l放射性衰變基本規(guī)律 級聯(lián)衰變規(guī)律級聯(lián)衰變規(guī)律D放射系

4、A= 4nA= 4n+2釷釷系系鈾系鈾系放射性衰變基本規(guī)律錒系錒系镎系镎系A= 4n+3A= 4n+1放射性衰變基本規(guī)律 級聯(lián)衰變公式級聯(lián)衰變公式D對于簡單的級聯(lián)衰變：ABCdd00ttABAABtAABBAABBAAeeNNeNNNNtNllllllll放射性衰變基本規(guī)律)()(,)(dd0CBCABACBABCBABACABBAAtCtBtAACCCBBChhhehehehNNNNtNCBAlllllllllllllllllllllll放射性衰變基本規(guī)律nijijnjjinitinhehNtNi)()0()(1111llll放射性衰變基本規(guī)律 放射性平衡放射性平衡D久期平衡：l lATB壽

5、命測量壽命測量短壽命核素的保存：母體短壽命核素的保存：母體+子體子體AABBAABAtABAABNNNeNNAlllllllll0放射性衰變基本規(guī)律D暫時平衡（準平衡）：l lATBABAABtAABAttABAABNNteNeeNNABBAlllllllllllll足夠大時：當1 )(0放射性衰變基本規(guī)律 同位素生產同位素生產D同位素生產量：D放射性強度：)1 (ddtePNNPtNlll)21 ()1 (/TttPePNAll 衰變 衰變的能量條件衰變的能量條件D 衰變方程：D能量守恒方程：D 衰變能：D能量條件：YX42AZAZraEEcmcmcm22Y2X2HeYX2YX0)()(cM

6、MMcmmmEEEraHeYX)4, 2(),(MAZMAZM 衰變D動量守恒條件： aaaaryEAAEAEmmEEmmmmvmvmEvmvm4)144()1(2121Y0YY22YYY 衰變 衰變的經驗定律衰變的經驗定律DGeiger-Buttall 關系：D改進的經驗定律：llEAERaRlog25.86log2/35 .572/12/1lnloglbEaTBEA 衰變 衰變的基本理論衰變的基本理論D遂穿幾率：D改進的經驗定律reZZVEeZZRrEVmGePcRRGc2212212,d22 衰變D在EMX-MYWL/c2時， K俘獲不能發(fā)生，而發(fā)生L 俘獲；D2mec2 Wi ， +衰

7、變的原子核，總可以發(fā)生電子俘獲；但發(fā)生電子俘獲的原子核不一定發(fā)生 +；D軌道電子俘獲將伴隨X射線或Auger電子產生；DK殼層靠近原子核，所以K俘獲幾率最大； K俘獲與Z3成正比， Z越大，K俘獲越容易發(fā)生。輕核K俘獲幾率很小，中等核EC俘獲和 +衰變同時存在，重核EC俘獲占優(yōu)勢 衰變64Cu (T=12.7h) -0.573(40%) +0.66(19%)EC1.68(40.4%)EC0.34(0.6%) 1.3464Zn64Ni 2mec2 衰變 中微子假說中微子假說D -衰變的能量譜是連續(xù)的，而原子核是量子體系；D測不準關系不允許核內有電子， -衰變過程中的電子是如何產生的？D -衰變過

8、程中的能量守恒關系是如何滿足的？NE mE 衰變 1930年Pauli指出：“只有假定在 -衰變過程中，伴隨每一個電子有一個輕的中性粒子（中微子）一起被發(fā)射出來，使中微子和電子的能量和為常數(shù)，才能解釋連續(xù) 譜?！?例如：rveEEEE0eeCN136137eeHeH3231eepneKeLiBe7374 衰變D能量守恒：中微子和電子的能量和為常數(shù)D電荷守恒：中微子的電荷為0D角動量守恒：中微子的自旋為1/2D伴隨電子產生的中微子：veD子衰變產生的中微子：v D重輕子子衰變產生的中微子：v D中微子的質量：mv0.1s)的激發(fā)態(tài)核素（AmX）D同質異能素發(fā)生的 躍遷（或內轉換）稱為同質異能躍遷

9、(IT)D同質異能素可以直接發(fā)生同質異能素可以直接發(fā)生 衰變和衰變和 衰變。衰變。113Sn(T=118d)EC(1.8%)EC(98.2%)0.253MeV 0.393MeV (65%) IC(35%)113mIn(T=104min)113In穆斯堡爾效應 共振吸收：共振吸收：當用鈉的D線激發(fā)處于基態(tài)的鈉原子時，由于D線的能量與鈉基態(tài)原子躍遷所需要的能量幾乎相等幾乎相等，所以將導致共振吸收。D能級寬度 = 10-8eVD因光子發(fā)射所導致的光子譜線位移 E= 10-11eV (動量守動量守恒和能量守恒要求原子反向恒和能量守恒要求原子反向運動的反沖能運動的反沖能）10-8eV10-11eVhvER穆斯堡爾效應 核反沖對核反沖對 共振吸收的影共振吸收的影響響D能量守恒：D動量守恒：D能級寬度：D57Fe:ER=210-3eV, =4.710-9eVRfiEhvEEhv0/2)(21222mchvEmvchvRR10-9eV10-3eV穆斯堡爾效應 穆斯堡爾效應：無反沖穆斯堡爾效應：無反沖 共共振吸收振吸收D能量守恒：D動量守恒：D穆斯堡爾1961年獲諾貝爾獎R