第3章 放射性1.ppt

1、第3章 放射性,放射性衰变的基本规律 放射性平衡 放射性衰变类型,放射性衰变基本规律,放射性衰变的统计规律 分支衰变规律 第次衰变规律,放射性衰变的统计规律,原子核自发地发射粒子（、等）、光子、俘获核外电子或自发裂变的现象称为放射性 具有这种放射性性质的核素称为放射性核素（radionuclide）。 原子核发射出粒子后转变为另一种原子核称为放射性衰变（radioactive decay）,放射性 放射性衰变 放射性核素：,指数衰减规律,如果以时刻，原子数量N的自然对数 lnN 为纵坐标，以时间为横坐标作图,得一条直线。这一直线方程为：,（3-1）,其中N0 是时间 t = 0 时氡的量，是直

2、线的斜率。将（3-1）式写成指数形式：,（3-2）,实验发现，其他放射性核素的衰变遵从同样的指数衰减规律。,放射性活度,单位时间内衰变掉的放射性核的数目称为放射性活度（radioactivity）简称活度（activity），常用A表示,（3-4）,将（3-2）式代入上式右边，记 t 0 时的活度为A0，得,（3-5）,放射性活度随时减的衰减同样服从指数规律。 放射性活度的SI单位为贝可勒尔（Becquerel），简称贝可，用Bq表示，1 Bq等于每秒一次衰变1 Bq = 1 s-1,半衰期,放射性原子核的数目衰减一半所需要的时间称为该放射性核素的半衰期（half-life）用T1/2表示，显

3、然,（3-6）,不同放射性核素的半衰期相差很大，用目前技术测到T1/2长的可达1015 量级，短的只有 10-11 s量级。根据衰变常数l的定义，放射性原子核的平均生存时间（平均寿命）为,（3-7）,分支衰变,某些放射性核素可以同时以几种方式衰变，典型的例子是64Cu,以+、-和EC三种方式进行衰变,这种现象称为分支衰变（branched decay）。在每一次衰变中，按其中某第 i 种方式衰变的几率 bi 称为该种衰变的分支比。,分支比及部分衰变常数的关系,从实验测得的T1/2计算出总的衰变常数为，根据实验测得的分支比可以计算出各种衰变方式的部分衰变常数i,递次衰变规律,递次衰变：如果放射性

4、核素衰变生成的子体核素也是放射性核素，它将继续衰变到第二代子体。如果后者还是不稳定的，它将衰变到第三代子体，。这样一代一代地连续衰变下去，直到形成一个稳定核为止。这种衰变称为递次衰变或连续衰变（consecutive decay）。 放射系：母体与其衰变子体形成一个连续核素系列，称为衰变链（decay chain）或放射系（radioactive decay series）,天然放射系：以一个长寿命天然放射性核素为母体的放射系称为天然放射系,放射性平衡,长期平衡 暂时平衡 不成平衡,长期平衡,由于1(7-10)T2）时,当母体A的半衰期T1很长时，在通常的测量时间内，观察不到母体的放射性活度的

5、变化。如果母体A的半衰期T1比子体的半衰期T2长很多，即T1 T2，l1l2。,这时母子体的放射性达到了平衡，称这种平衡为长期平衡或久期平衡。平衡时母子体共存情况下，子体按母体的衰变常数衰变，子体的原子核数与母体的原子核数子之比等于半衰期之比。,暂时平衡（transient equilibrium）,当母体A的半衰期不是很长时，在通常的测量时间内可以观察到母体A的放射性活度的变化。如果母体A的半衰期大于子体B的半衰期，即T1 T2, 1 2，,显然，子体如何衰变不影响母体的衰变，母体A放射性衰变服从指数衰变规律，,不成平衡,当母体的半衰期小于子体的半衰期，即T1 2，母体以自己的半衰期衰减，子

6、体则从零开始生长，到达极大值后以慢于母体的速度衰减。待时间足够长t (7-10)T1，母体衰变殆尽，子体以其自身的半衰期衰减。整个过程母、子体的放射性活度之比一直在变化，不存在任何放射性平衡。, decay,库仑势垒区：粒子是带电粒子，在核中生成以后，从核内到核外需要穿越一个势能很高的区域，该区域称为库仑势垒区。 势垒高度：势能来自于原子核的库仑场，势能最大值称为势垒高度， 隧道效应：按照经典物理学，能量远低于库仑势垒的粒子是不可能穿透势垒发射而出的。按照量子力学，则有一定的几率穿透势垒，并能推导出（3-38）式。这种穿越势垒的机制称为隧道效应（tunneling effect）, decay

7、,衰变纲图： 标明一个衰变链各成员能级及衰变路径的图，称为衰变纲图。 在图中最上一条水平横线，表示母核的静质量能，最下一条水平横线，表示子核加粒子的静质量能，取作能量参考点。在两条横线上分别注明母核，子核的半衰期，核自旋和宇称。两条水平横线中间的各条水平线表示子核的各激发态能级，对应的能量注在横线的右侧，核自旋和宇称注在横线的左侧。由母核出发所作的向左的带箭头的斜线表示衰变，箭头指向的横线，就是衰变所生成的子核的能级。习惯上箭头向左表示衰变，即所生成的子核原子序数小于母核（在周期表中的位置左移2格），在带箭头的斜线上注明粒子能量和分支比。各横线之间的垂直箭头，表示子核发射光子后向低能态跃迁。,

8、衰变类型,Negatron Decay,A simple decay scheme（衰变纲图）,Parent,Daughter,Figure 3.4 Decay scheme for a radionuclide undergoing negatron decay. Two decay paths are shown. A ray is emitted from an excited state of the daughter in one decay path.,Beta Decay（衰变能谱）,Figure 3.5 Energy spectra for negatrons and posi

9、trons in decay. Each spectrum has a maximum energy, Emax, which corresponds to the energy of the specific transition, corrected for recoil energy imparted to the daughter nuclide. The average negatron energy is approximately one-third of Emax, while the average positron energy is somewhat larger.,El

10、ectron Capture (轨道电子俘获),原子核从核外的电子壳层中俘获一个轨道电子的过程称作轨道电子俘获。,Auger electrons(俄歇电子),K俘获过程的另一种伴随粒子是俄歇电子：当一个L层电子跳到K层来填充空位时，可以不发射X射线，而把能量交给另一个L电子，于是这个L电子就会克服结合能而飞出。这种电子叫俄歇电子。,Gamma Decay,Pure g-ray emission Internal conversion (IC, 内转换) Pair production (PP),Pure Gamma-Ray Emission,The gamma ray emitted by a

11、 nucleus in a -decay is mono-energetic for each transition between energy levels and typically range from 2 keV to 7 MeV.,Decay scheme for 234Pa, an example of nuclear isomers,Internal Conversion（内转换）,+IC electrons + X rays or Auger electrons,原子核从激发态到较低的能态或基态的跃迁，除发射光子外，还可以通过发射电子来完成。这种电子通常不是来自原子核，而是来自原子的电子壳层,这种电子叫内转换电子。,课堂练习,(1) ( )+10n 136C +21H (2) ( )42He +22387Fr (3) 63 Li + ( )242He (4) 9642Mo +42He（ ）+ 210e (5) 21082Pb（ ）+ 21081Tl (6) 5626Fe +（ ） 5627Co +210n