物理：19.2《放射性元素的衰变》课件(2)(新人教版选修3-5).ppt

原子核衰变 放射性衰变的基本规律 衰变 衰变 衰变穆斯堡尔效应 2020 1 14 放射性衰变基本规律 核衰变原子核是一个量子体系 核衰变是一个量子跃迁过程 对一个特定的放射性核素 其衰变的精确时间是无法预测的 但对足够多的放射性核素的集合 其衰变规律是确定的 并服从量子力学的统计规律 放射性衰变基本规律 指数衰变律l衰变常数 一个原子核在单位时间内发生衰变的几率衰变常数与外界条件 温度 压力 磁场等 几乎无关 放射性衰变基本规律 半衰期60Co的半衰期为5 27a 238U的半衰期为4 5 109a 放射性衰变基本规律 平均寿命平均寿命表示 经过时间以后 剩下的核素数目为初始核素数目的37 高速粒子 放射性衰变基本规律 放射性强度 单位时间内物质发生衰变的原子核数放射性强度单位 1居里 Ci 3 7 1010次核衰变 秒1毫居 0 001居里 1微居 0 001毫居1贝克勒 Bq 1次核衰变 秒1g226Ra的放射性强度近似为1居里 放射性衰变基本规律 射线的物质效应 射线对物质的效应不仅取决于放射性物质本身的强弱 还取决于所释放的射线的特性及接受射线的材料的性质 物质效应单位 1伦琴 R 使1kg空气中产生2 58 10 4库仑电量的辐射量1拉德 rad 1g受辐照物质吸收100erg的辐射能量1戈瑞 Gr 1kg受辐照物质吸收1J的辐射能量比放射性 A A m 单位质量的放射性强度 放射性衰变基本规律 半衰期测量斜率法 中等寿命的放射性元素直接法 长寿命的放射性元素平衡关系测量法 短寿命的放射性元素 放射性衰变基本规律 级联衰变规律放射系 A 4n A 4n 2 钍系 铀系 放射性衰变基本规律 锕系 镎系 A 4n 3 A 4n 1 放射性衰变基本规律 级联衰变公式对于简单的级联衰变 A B C 放射性衰变基本规律 放射性衰变基本规律 放射性衰变基本规律 放射性平衡久期平衡 A TB寿命测量短寿命核素的保存 母体 子体 放射性衰变基本规律 暂时平衡 准平衡 ATB 放射性衰变基本规律 同位素生产同位素生产量 放射性强度 衰变 衰变的能量条件 衰变方程 能量守恒方程 衰变能 能量条件 衰变 动量守恒条件 衰变 衰变的经验定律Geiger Buttall关系 改进的经验定律 衰变 衰变的基本理论遂穿几率 改进的经验定律 衰变 在E EB的一级近似下 对于 粒子有 粒子的遂穿频率 衰变 衰变 衰变的能级图 衰变 衰变 衰变分支比分支比 不同能级衰变强度所占的百分比 分衰变常数 衰变 衰变 核电荷数 1 核子数不变 衰变 衰变和轨道电子俘获 衰变的能量条件 衰变 氚的 衰变 纲图规则 Z小左画 Z大右画 3H T 12 33a 18 6keV 100 3He 衰变 衰变的能量条件 衰变 13N的 衰变 轨道电子俘获 13N T 9 96min 2mec2 1 19 100 13C 衰变 当WK c2 MX MY WL c2时 K俘获不能发生 而发生L俘获 2mec2 Wi 衰变的原子核 总可以发生电子俘获 但发生电子俘获的原子核不一定发生 轨道电子俘获将伴随X射线或Auger电子产生 K壳层靠近原子核 所以K俘获几率最大 K俘获与Z3成正比 Z越大 K俘获越容易发生 轻核K俘获几率很小 中等核EC俘获和 衰变同时存在 重核EC俘获占优势 衰变 64Cu T 12 7h 0 573 40 0 66 19 EC1 68 40 4 EC0 34 0 6 1 34 64Zn 64Ni 2mec2 衰变 中微子假说 衰变的能量谱是连续的 而原子核是量子体系 测不准关系不允许核内有电子 衰变过程中的电子是如何产生的 衰变过程中的能量守恒关系是如何满足的 N E m E 衰变 1930年Pauli指出 只有假定在 衰变过程中 伴随每一个电子有一个轻的中性粒子 中微子 一起被发射出来 使中微子和电子的能量和为常数 才能解释连续 谱 例如 衰变 能量守恒 中微子和电子的能量和为常数电荷守恒 中微子的电荷为0角动量守恒 中微子的自旋为1 2伴随电子产生的中微子 ve 子衰变产生的中微子 v 重轻子 子衰变产生的中微子 v 中微子的质量 mv 10eV 衰变 衰变的费米理论费米认为 正像光子是原子不同状态之间跃迁的产物 中微子是原子核中质子和中子之间转换产生的 导致光子产生的是电磁相互作用 而导致中微子产生的是弱相互作用 衰变概率公式 中微子被质子的俘获截面 1 10 0 26 10 43cm2 衰变 衰变的跃迁规则根据 衰变的费米理论 电子和中微子的平面波近似 衰变 分波展开 衰变 衰变的分类 l 0项有贡献 允许跃迁l n 1项没有贡献 l n项有贡献 n级禁戒跃迁选择定则 有母核和子核的自旋和宇称及跃迁类型所决定 衰变 衰变 一般性质当原子核发生 衰变和 衰变时 衰变后的子核往往处于激发态 衰变就是退激发跃迁过程所导致的能量释放 一般而言 核的衰变数不等于所释放出的射线数 60Co T 5 27a 0 309MeV 100 1 33MeV 2 50MeV 0 1 2 衰变 跃迁几率 单质子模型电跃迁 核中电荷分布的贡献磁跃迁 核中电荷运动和核磁距的贡献多极辐射的极次由2L决定 如 L 1为偶极辐射 L 2为四极辐射等 衰变 电跃迁与磁跃迁的比较 不同极次跃迁的比较 电跃迁快于磁跃迁 辐射的极次越低 跃迁越快 衰变 选择定则角动量守恒 宇称守恒 选择定则表 衰变 内转换电子 退激发跃迁的能量释放直接转换为原子核外电子的动能 从而导致内壳层电子的发射 能量守恒 内转换系数 发射内转换电子时 原子核的自旋和宇称的变化为0 衰变 同质异能素 具有较长寿命 0 1s 的激发态核素 AmX 同质异能素发生的 跃迁 或内转换 称为同质异能跃迁 IT 同质异能素可以直接发生 衰变和 衰变 113Sn T 118d EC 1 8 EC 98 2 0 253MeV 0 393MeV 65 IC 35 113mIn T 104min 113In 穆斯堡尔效应 共振吸收 当用钠的D线激发处于基态的钠原子时 由于D线的能量与钠基态原子跃迁所需要的能量几乎相等 所以将导致共振吸收 能级宽度 10 8eV因光子发射所导致的光子谱线位移 E 10 11eV 动量守恒和能量守恒要求原子反向运动的反冲能 10 8eV 10 11eV hv ER 穆斯堡尔效应 核反冲对 共振吸收的影响能量守恒 动量守恒 能级宽度 57Fe ER 2 10 3eV 4 7