高中物理192　原子核的衰變課件人教版選修3-5

1、原子核衰變,放射性衰變的基本規(guī)律? 衰變? 衰變? 衰變穆斯堡爾效應(yīng),放射性衰變基本規(guī)律,核衰變原子核是一個量子體系，核衰變是一個量子躍遷過程。對一個特定的放射性核素，其衰變的精確時間是無法預(yù)測的；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(xué)的統(tǒng)計規(guī)律。,放射性衰變基本規(guī)律,指數(shù)衰變律 l衰變常數(shù)：一個原子核在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的幾率衰變常數(shù)與外界條件（溫度、壓力、磁場等）幾乎無關(guān),放射性衰

2、變基本規(guī)律,半衰期60Co的半衰期為5.27a; 238U的半衰期為4.5?109a,放射性衰變基本規(guī)律,平均壽命平均壽命表示：經(jīng)過時間以后，剩下的核素數(shù)目為初始核素數(shù)目的37%高速粒子：,放射性衰變基本規(guī)律,放射性強(qiáng)度：單位時間內(nèi)物質(zhì)發(fā)生衰變的原子核數(shù)放射性強(qiáng)度單位：1居里（Ci）=3.7?1010次核衰變/秒 1毫居=0.0

3、01居里，1微居=0.001毫居 1貝克勒（Bq）=1次核衰變/秒1g226Ra的放射性強(qiáng)度近似為1居里,放射性衰變基本規(guī)律,射線的物質(zhì)效應(yīng)：射線對物質(zhì)的效應(yīng)不僅取決于放射性物質(zhì)本身的強(qiáng)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(zhì)。物質(zhì)效應(yīng)單位：1倫琴（R）=使1kg空氣中產(chǎn)生2.58?10-4庫侖電量的輻射量 1拉德（rad）=1g受輻照物質(zhì)吸收10

4、0erg的輻射能量 1戈瑞（Gr）=1kg受輻照物質(zhì)吸收1J的輻射能量 比放射性：A’ = A/m (單位質(zhì)量的放射性強(qiáng)度）,放射性衰變基本規(guī)律,半衰期測量斜率法：中等壽命的放射性元素直接法：長壽命的放射性元素平衡關(guān)系測量法：短壽命的放射性元素,放射性衰變基本規(guī)律,級聯(lián)衰變規(guī)律放射系,A= 4n,A= 4n+2,釷系,鈾系,放射性衰變基本規(guī)律,,錒系,镎系,A= 4n+3,A= 4n+1,放射性衰變基本規(guī)律,級聯(lián)

5、衰變公式對于簡單的級聯(lián)衰變：A?B?C,放射性衰變基本規(guī)律,放射性衰變基本規(guī)律,放射性衰變基本規(guī)律,放射性平衡久期平衡：?A>TB壽命測量短壽命核素的保存：母體+子體,放射性衰變基本規(guī)律,暫時平衡（準(zhǔn)平衡）：?ATB,放射性衰變基本規(guī)律,同位素生產(chǎn)同位素生產(chǎn)量：放射性強(qiáng)度：,? 衰變,? 衰變的能量條件? 衰變方程：能量守恒方程：? 衰變能：能量條件：,? 衰變,動量守恒條件：,? 衰變,?

6、 衰變的經(jīng)驗定律Geiger-Buttall 關(guān)系：改進(jìn)的經(jīng)驗定律：,? 衰變,? 衰變的基本理論遂穿幾率：改進(jìn)的經(jīng)驗定律,,,,? 衰變,在E<<EB的一級近似下，對于?粒子有?粒子的遂穿頻率：,? 衰變,,? 衰變,? 衰變的能級圖,? 衰變,,? 衰變,? 衰變分支比分支比：不同能級衰變強(qiáng)度所占的百分比。分衰變常數(shù)：,? 衰變,? 衰變: 核電荷數(shù)?1，核子數(shù)不變。 ? -衰變、? +衰

7、變和軌道電子俘獲? -衰變的能量條件：,? 衰變,氚的? -衰變：綱圖規(guī)則：Z小左畫，Z大右畫,,,,3H (T=12.33a),? - 18.6keV (100%),3He,? 衰變,? +衰變的能量條件：,? 衰變,13N的? +衰變：軌道電子俘獲：,,,,,13N (T=9.96min),2mec2,? +1.19(100%),13C,? 衰變,當(dāng)WK/c2>MX-MY>WL/c2時， K俘獲不能發(fā)生，而發(fā)

8、生L 俘獲；2mec2 > > Wi ， ? +衰變的原子核，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? +；軌道電子俘獲將伴隨X射線或Auger電子產(chǎn)生；K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%),?

9、 +0.66(19%),EC1.68(40.4%),EC0.34(0.6%),? 1.34,64Zn,64Ni,2mec2,? 衰變,中微子假說? -衰變的能量譜是連續(xù)的，而原子核是量子體系；測不準(zhǔn)關(guān)系不允許核內(nèi)有電子， ? -衰變過程中的電子是如何產(chǎn)生的？? -衰變過程中的能量守恒關(guān)系是如何滿足的？,,,,N,E? m,E?,? 衰變,1930年P(guān)auli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

10、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：,? 衰變,能量守恒：中微子和電子的能量和為常數(shù)電荷守恒：中微子的電荷為0角動量守恒：中微子的自旋為1/2伴隨電子產(chǎn)生的中微子：ve?子衰變產(chǎn)生的中微子：v?重輕子?子衰變產(chǎn)生的中微子：v?中微子的質(zhì)量：mv<10eV,? 衰變,? -衰變的費米理論費米認(rèn)為：正像光子是原子不同狀態(tài)之間躍遷的產(chǎn)物，中微子是原子核中質(zhì)子和中子之間轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的

11、。導(dǎo)致光子產(chǎn)生的是電磁相互作用，而導(dǎo)致中微子產(chǎn)生的是弱相互作用。? -衰變概率公式：中微子被質(zhì)子的俘獲截面：?（1.10?0.26)?10-43cm2,? 衰變,? -衰變的躍遷規(guī)則根據(jù)? -衰變的費米理論：電子和中微子的平面波近似：,? 衰變,分波展開：,? 衰變,? -衰變的分類： l=0項有貢獻(xiàn), 允許躍遷 l=n-1項沒有貢獻(xiàn)，l=n項有貢獻(xiàn), n級禁戒躍遷選擇定則：有母核和子核的自旋和宇稱

12、及躍遷類型所決定,? 衰變,,? 衰變,一般性質(zhì)當(dāng)原子核發(fā)生?衰變和?衰變時，衰變后的子核往往處于激發(fā)態(tài)，?衰變就是退激發(fā)躍遷過程所導(dǎo)致的能量釋放。一般而言，核的衰變數(shù)不等于所釋放出的射線數(shù)。,,,,,,,,60Co(T=5.27a),? -0.309MeV(100%),1.33MeV,2.50MeV,0,?1,?2,? 衰變,躍遷幾率：單質(zhì)子模型電躍遷：核中電荷分布的貢獻(xiàn)磁躍遷：核中電荷運(yùn)動和核磁距的貢獻(xiàn)多極輻射的極

13、次由2L決定，如：L=1為偶極輻射， L=2為四極輻射等。,? 衰變,電躍遷與磁躍遷的比較：不同極次躍遷的比較：電躍遷快于磁躍遷；輻射的極次越低，躍遷越快。,? 衰變,選擇定則角動量守恒：宇稱守恒：選擇定則表：,? 衰變,內(nèi)轉(zhuǎn)換電子：退激發(fā)躍遷的能量釋放直接轉(zhuǎn)換為原子核外電子的動能，從而導(dǎo)致內(nèi)殼層電子的發(fā)射。能量守恒：內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)：發(fā)射內(nèi)轉(zhuǎn)換電子時，原子核的自旋和宇稱的變化為0+。,? 衰變,同質(zhì)異能素：具

14、有較長壽命（>0.1s)的激發(fā)態(tài)核素（AmX）同質(zhì)異能素發(fā)生的? 躍遷（或內(nèi)轉(zhuǎn)換）稱為同質(zhì)異能躍遷(IT)同質(zhì)異能素可以直接發(fā)生? 衰變和?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(yīng)

15、,共振吸收：當(dāng)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，所以將導(dǎo)致共振吸收。能級寬度? = 10-8eV因光子發(fā)射所導(dǎo)致的光子譜線位移?E= 10-11eV (動量守恒和能量守恒要求原子反向運(yùn)動的反沖能）,,,,,,10-8eV,,,,,10-11eV,,,,hv,ER,,穆斯堡爾效應(yīng),核反沖對?共振吸收的影響能量守恒：動量守恒：能級寬度：57Fe:ER=2?10-3eV, ?