核的放射性与衰变.pptVIP

* * α衰变是原子核自发地放射出α粒子而发生蜕变的过程。α粒子是氦原子核4He2。1903年发现α射线。Rutherford是研究和应用α射线的最重要人物。母核经α衰变放出一个α粒子，自身转变为电荷数比母核少2、质量数比母核少4的另一种子核。 2.4α衰变 衰变能 实验表明，在?衰变中，每一种母核都放出一种 或多种单一能量的?粒子，也就是说，?粒子的能谱总是分立谱。这是?衰变的一个重要特点。这可用衰变能进行解释。衰变能：是研究衰变过程的重要物理量，定义为原子核衰变时所释放出的能量。显然，这部分能量将转变为衰变生成的 所有粒子的动能。 当静止的母核发生?衰变时，按照能量守恒定律，应满足下面的关系：式中mx、my和ma分别是母核、子核和?粒子的静质量，ka是?粒子的动能，kr是子核的反冲动能。 根据衰变能定义，?衰变能Ed 就是?粒子的动能与子核的反冲动能之 和，即 ?衰变能够发生的条件是Ed 0，这表示，母核原子的质量必须大于子核原子与氦原子的质量之和，?衰变才能够发生。 如果母核在衰变前是静止的，根据动量守恒定律，子核反冲的动量必须等于α粒子的动量，即 式中vy和va分别是子核和?粒子的运动速率。于是衰变能可表示为 ka是?粒子的动能，A是母核的质量数 根据上式，我们可由实验测得?粒子的动能ka，直接计算出衰变能Ed。因为?粒子质量较小，大部分动能都传给了它。 原子核内部能量也以能级的形式分布，当发生 ?衰变时，母核要从自身的某一能级跃迁到子核的某一能级，从而放出一部分能量并分给子核和 ?粒子作为它们的动能。显然，从母核到子核的转变所放出的这部分能量就是衰变能Ed ，它必定等于母核与子核的相应能级之间的能量差，应该有确定值。 由 可看出，既然Ed有确定值，?粒子的 动能ka只能取分立值。 例如，从238Pu到234U的衰变共发射出动能不同的五组?粒子，它们的动能分别为5.498 mev、5.456 mev、5.357 mev、5.206 mev和5.007 mev，依次是从238Pu的基态到234U的基态、第一激发态、第二激发态、第三激发态和第四激发态的衰变过程中发射出的。图中?粒子动能值后面的百分数表示该种?粒子所占的比例。由测得的各组?粒子的动能，可计算出相应的衰变能，从而可确定234U最低的五个能级的能量. P113-fig3.2.2 图中能级的能量值就是用这种方法确定的。实验观测的相邻能级之间 跃迁所发出的 ? 射线能量与上面的计算结果一致。可见测量?衰变所 发射的?粒子的动能，是研究原子核能级结构的一种途径。 短射程、长射程?粒子与核能级的关系：短射程?粒子是从母核的基态衰变到子核的激发态时所发射的?粒子。长射程?粒子是从母核的激发态衰变到子核的基态时所发射的?粒子。同一种核放出的?粒子能量是一定的。有的核放出单一能量的?射线，有的核放出几种不同能量的?射线。当它不只放出一种能量的?射线时，往往伴随有?射线放出。 ?衰变的实验规律 衰变能随原子序数Z和质量数A的变化根据结合能的半经验公式得到 对于处于β稳定线的原子核，利用稳定线的A(Z)关系，可算出Ed随A的变化关系。对于A?150的原子核，Ed才大于零，且Ed随A的增加而增大。这就解释了为什么主要是重核才观察到?放射性。 衰变能随同位素的变化 衰变能和衰变常量的关系：同一元素的半衰期和衰变能的关系可写成经验公式——式中a、b或A、B对同一元素是常量，不同元素则不同。 ?衰变的量子理论：? 粒子与原子核的相互作用 ?粒子在衰变前已在母核内形成，并自由地高速运动；由于隧道效应（由量子力学，微观粒子具有一定的概率能够穿透势垒，这种现象称为“隧道效应”），?粒子以一定几率穿过相互作用位垒发射出来。衰变几率：nP=? n：单位时间内?粒子碰撞势垒的次数； P: 穿透几率 作用势： 内部作用力很小，作用势近似为常数； 表面有很强的吸引力， 作用势很快升高； 核外只有库仑相互作用。 A、B对同一元素可视为常量。这样，由?衰变理论得到的公式和对偶偶核得出的实验规律式完全一样。 讨论： ?或T1/2对Ed的依赖非常强烈（指数关系），显然Ed 增大时， ?增大，T1/2减小。 ?或T1/2对R的依赖也很强烈，R增大时， ?增大，T1/2减小。基本可认为R为核半径。则测出?后，可估计R。 质子及重离子放射性 质子衰变：对普通核素，最后一个质子的结合能总 是正的，即对放射质子是稳定的；但对丰质子核，最后一个质子的结合能有可能出现负值，因而可以自发地放射出质子。它与?衰变类似，具有一定的半衰期。所以，质子放射性也叫质子衰变。对有些原子核，只