原子核衰变

2
a衰变：
a 衰变
A Z
核
A4 Z2
核
4 2
He(a
)
或记为：
A Z
核a AZ42
核
如
263
Sg
a
259
Rf
106
104
3
• a 衰变的能量条件
a
衰变方程：
A Z
X AZ42Y
a
能量守恒方程：mXc2 mYc2 ma c2 Ea Er
E0 Ea Er [mX (mY ma )]c 2 a 衰变能： [M X (M Y M He )]c 2
这些核的寿命为t ,则所有核素的总寿命为
Ntdt
0
于是任一wk.baidu.com素的平均寿命为:
0 Ntdt 1 T 1.44T
N0
ln 2
可见τ比半衰期长一点.将上 式代入衰变规律还可得到：
N N 0e1 37%N 0
表示：经过时间τ后,余下的核素数目约为原来的37%.
16
A A e 3.放射性活度A：放射性物质在
4
K
3
5
b衰变 b衰变
6
• b 衰变: 核电荷数1，核子数不变。 b -衰 变、b +衰变和轨道电子俘获
b -衰变的能量条件：
A Z
XZ
A1Y
e
e
E0 Eb Er [mX (mY me )]c2
[M X M Y ]c2
M X (Z , A) M Y (Z 1, A)
7
氚的b -衰变：
64Zn
b +0.66(19%)
0+
0
64Ni
13
放射性衰变的基本规律
1.衰变定律： N N0et
原子核是一个量子体系，核衰变是原子核自发产生的变化， 是一个量子跃迁的过程。核衰变服从量子力学的统计规律。 单一的一个放射性核素的衰变的精确时刻是不可预知的，但 足够多的同种放射性核素的集合体的衰变是有规律的。
(早期定义：1g 226Ra 在1s内的放射性衰变数.)
1Ci 3.7 1010 Bq (即 1Ci 3.71010 次核衰变/秒)
17
A的其它单位
“伦琴”、“拉德”、“戈瑞”： 为放射性物质产生的射线对其它物质的效应大小的单位,
它们取决于放射物射线的特性和接受射线的材料的性质.
1伦琴(R)：使1kg空气中产生 2.5104 c 的电量的辐射量;
放射性衰变的基本规律
在迄今为止发现的2000多种核素中,绝大多数都不稳定,会自发地蜕变为 另一种核素,同时放出各种射线.这种现象称为放射性衰变.
放射性衰变
提供原子核内部的信息 用于为人类造福
放射性衰变 过程中,原来的 核素(母体)或 者变为另一种 核素(子体), 或 者进入另一种 能量状态。
1
α衰变
等核EC俘获和b +衰变同时存在，重核EC俘获占优势
11
跃迁：
A Z
核*
AZ
核
h
A 核*表示
Z
A核
Z
的“激发态”
如：
Dy 152 * 152Dy 1.2MeV
66
66
12
衰变纲图
EC0.34(0.6%)
2+ 1.34MeV
64Cu (T=12.7h) 2mec2
1+
b -0.573(40%)
1.34 EC1.68(40.4%)
1拉德(rad)：1kg受照射物质吸收100尔格的辐射能量; 1戈瑞(Gr)：1kg受照射物质吸收1J的辐射能量.
单位时间内发生衰变的原子核数.
t
0
(A也称“放射性强度”,or“放射率”、“衰变率”)
[注意：只描述放射源每秒发生核衰变的次数,并不表示 放射出的粒子数.]
导出要点：A
dN dt
N
N 0e t
A0e t
A的单位(1975年规定)：贝克勒(或贝可)(Bq). 1Bq＝1次核衰变/秒.
A的辅助单位：居里(Ci);毫居(mCi)、微居(μCi)
226 88
Ra
222 88
Rn
+
4 2
α(
4 2
He)
α衰变的位移定则:子核在元素周
放
期表中的位置左移2格。
射
性
衰
β衰变
210 83
Bi
210 84
Po
+
0 -1
e
（电子）
变
的
β衰变的位移定则:子核在元素
类
周期表中的位置右移1格。
型
γ衰变
60 27
Co*
60 27
Co
+
高能短波电磁辐射（即电子波）
10
补充内容
当WK/c2>MX-MY>WL/c2时， K俘获不能发生，而发生L 俘获；
2mec2 > > Wi ， b +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b +；
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
能量条件： MX (Z, A) MY (Z 2, A 4) MHe
4
b衰变：又分为b， b及电子俘获三种：
b：
A Z
核ZA1 如：
核
b
(e
)
14
C
β
14
N
b
6
7
b：
A Z
核 A Z1
核
b
v
如：
(e )
F 0 18
β
18
b
9
8
b
衰 变
电子俘获(EC)：A 核 e A 核 v
Z
Z1
如： 7Be e 7Li
在设dt内放发射生性衰核变素的数数目目为－N0d(tN＝为0：时)， dN Ndt
它必定正比于当时所存在的核数目N。
积分后即得 N N 0e t
(此式是一统计规律; λ为衰变常数)
14
2.放射性核素的特征量
1)衰变常数: 表示一个核在单位时间内发生衰变的几率.
dN / dt
N
(分子表示单位时间内发生衰变的核数目,dN 代表N的减少量,为负值,故在它前面加一负号)
3 1
H23
He
e
e
3H (T=12.33a)
纲图规则：Z小左画，Z大右画b - 18.6keV (100%)
3He
8
b +衰变的能量条件：
A Z
XZ
A1Y
e
e
E0 Eb Er [mX (mY me )]c2
[M X M Y 2me ]c2
M X (Z, A) M Y (Z 1, A) 2me
2)半衰期：放射性核素衰变掉原有 核素一半所需的时间.
N/No 1.00
ln 2 0.093
T1/ 2
0.50
T 10min
0.25
T1/ 2 29a
1T
2T 3T 4T
0 1T 2T 3T 4T
t
13 N 衰变
90 38
Sr
衰变
15
3)平均寿命： 1 1.44T
导出要点：在 t t dt 内,发生衰变的核数为 dN Ndt ,
9
13N的b +衰变：
13 7
N163
C
e
e
轨道电子俘获：
13N (T=9.96min) 2mec2
A Z
X
ei
Z
A1Y
e
b +1.19(100%)
E0 [mX me mY ]c 2 Wi
[M X M Y ]c 2 Wi
13C
M X (Z, A) M Y (Z 1, A) Wi / c2