第三章--原子核的衰变.ppt

第三章原子核的衰变 原子核衰变主要的类型 a b g TypeofRadiationCharge MassPenetrationa Henucleus 2q 4mpsheetofpaperb electronorpositron q meor q mefewmmmetalg high energyphotonnochargeseveralcmlead 此外 还有中子发射 质子发射 裂变等 各种辐射的穿透能力 3 1 衰变 衰变 不稳定核自发地放出 粒子而蜕变的过程 放射性核素一般为重核 质量数 140 衰变放出的 粒子能量在4 9MeV范围 衰变半衰期范围很宽 10 7s 1015a 衰变基本特点 1 衰变能及 衰变发生的条件2 衰变过程中 粒子的动能3 衰变能与核能级的关系4 衰变能与衰变常数的关系5 其它重粒子的衰变 母核X衰变为子核Y和一个a粒子 1 衰变能及 衰变发生的条件 衰变前 母核X静止 根据能量守恒定律 定义 衰变能E0为子核Y和a粒子的动能之和 也就是衰变前后静止质量之差 即 有 或 衰变发生的条件 衰变前母核原子质量必须大于衰变后子核原子质量和氦原子质量之和 例如 原子质量分别为 209 9829u 205 9745u 4 0026u M 0 E0 0 可以发生 衰变 又如 原子质量分别为 63 9298u 59 9338u 4 0026u M 0 E0 0 不可能发生 衰变 利用质量亏损 m的定义 衰变能还可用质量亏损 m表示 假设结合能随 Z A 的变化是平滑的 代入结合能半经验公式 可得到 衰变能随 Z A 的变化关系E0 Z A 稳定线上原子核的 衰变能随A的变化曲线 2 衰变过程中 粒子的动能 衰变前 母核X静止 根据能量守恒定律 衰变前 母核X静止 根据动量守恒定律 那么 所以 可以通过测量 粒子的能量得到 衰变能 3 衰变能与核能级的关系 什么是a能谱 什么叫核能级 Parent 单一能级衰变的母核的不同 衰变能反映了子核有多个能级 且能级能量可以由 衰变能求出 例子 已知的衰变数据求子核能级 Parent 多能级母核到子核基态的不同 衰变能反映了母核的多个能级 且能级能量可以求出 Parent Parent 例子 已知的衰变数据求母核能级 4 衰变能与衰变常数的关系 实验发现 衰变能与衰变常数之间的经验关系 其中系数a对同一个天然放射系是常数 可以写成 即 衰变常数 随 粒子能量剧烈变化 部分偶偶核从基态到基态的 衰变半衰期与 粒子能量的关系 单位时间逃出概率 逃出后能量 粒子与核的相互作用 粒子在核中受到的势垒 即使能量较低 但 粒子总有一定概率P穿透势垒 隧道效应 其中 为 粒子和子核的折合质量 按量子力学势垒穿透理论 粒子穿透势垒的概率为 衰变常数 是单位时间内发生 衰变的概率 应等于单位时间内 粒子撞击势垒的次数n与穿透势垒的概率P的乘积 给出了衰变常数和衰变能之间的定性关系 衰变的衰变常数随发射的 粒子的能量而剧烈变化 粒子能量越高的衰变常数就越大 与实验结论一致 1 A B对同一元素为常数 近似仅与Z有关 2 此公式仅对偶偶核符合好 3 E0变化一点 变化很大 5 其他重粒子衰变 质子放射性 中子放射性 其它重粒子放射性 由衰变能与母核 子核之间的关系 其中 mX是母核质量 mY是子核质量 mh是衰变发射出粒子的质量 从能量守恒看 只要E0 0 就有可能发生发射该粒子的情况 质子发射 原子核自发发射质子的现象 远离 稳定线的缺中子核 N Z很小 可能出现Sp 0的情况 自发地发射出质子 竞争过程是 放射性和轨道电子俘获 质子发射是研究远离 稳定线核素的重要领域 稳定线附近核素的最后一个质子的结合能Sp总是正值 因而不能自发地发射质子 通过计算质子穿