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：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

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：第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日那么：所以：

可以通過測量

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、衰變能與核能級的關(guān)系什么是a能譜?什么叫核能級?第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日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第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日TE0E0(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十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日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第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日TE0E0-E0(0)E相對強度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)求母核能級母核能級第十七頁，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)勢壘穿透理論，粒子穿透勢壘的概率為：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