原子核的放射性衰变共92页文档

2.3.5 放射性活度
定义：放射性源在单位时间内发生衰变的 核的个数，单位是贝可(勒尔)。
1Bq=1/s 物理意义：反映射线源的产生射线的强度 常用单位为居里(Ci)
1Ci=3.7×1010次核衰变/s 注意：活度不等于射线强度。对同一种放
射性元素，活度大的源其射线强度也大， 但对不同的放射性元素，不一定存在该关 系。
2.4.4 电子跃迁与原子核跃迁比较
比较 电 子： 轨道能级跃迁 eV~keV 原子核： 原子核能级跃迁 MeV(不同数量级)
2.5 衰变纲图
综合反映某核素放射性衰变的主要特征和数的示 意图。
穿透物体的能力很小，在空气中也只能飞 行几个厘米，但具有很强的电离能力。
α衰变分析
能量守恒：Eα,Eγ分别为粒子动能和子核反冲动能
mX c2 mY c2 m c2 E Er
α衰变的衰变能：Eα,Eγ之和
E0 E Er mX (mY m ) c2
不定的正整数)，因此又叫4n+2族。
145 140

238 U
234 Th
234 Pa
234 U
230 Th

226 Ra

222 Rn
N 135
218Po
214 Pb
215 At
130
210 Tl

214 Bi

214 Po

210 Pb
125
206 Tl
210 Bi

210 Po


206 Pb
80
85
90
95
Z
2.4 典型放射性衰变
衰变遵循规则：衰变前粒子的电荷总数和 质量总数与衰变后所有粒子的电荷总数和 质量总数相等。 衰变

衰变方式和速率
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半衰期
描述放射性衰变的快慢
放射性原子核数目因衰变减少到原来数目一半时 所需的时间，用T1/2表示。
当t =T1/2时，根据定义
NN0et
N0 2
eT1/2 1 2
T1/ 2
0.693
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半衰期的应用
例：已知Co60放射性同位素的半衰期为5.3 年，其衰变常数是多少？8年后其放射强度衰 变到初始强度的百分之几？
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原子核的稳定性
原子核的稳定性是指原子核不会自发地改变 其质子数、中子数和它的基本性质。按原子 核的稳定性可分为稳定原子核和不稳定(或 放射性)原子核两类。
其稳定性与质子数和中子数有关
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原子核的稳定性
原子核的质子数等于和大于84的原子核是不稳定的。即
原子序数84以后的元素均为放射性元素。 具有少于84个质子的原子核，质子数和中子数均为偶
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放射性衰变规律
规律：某一放射性物质的衰变率是与当时存 在的原子核数目成正比。即若t时刻样品中有 N个核，在dt时间内有dN个发生衰变
dNNdNdt
dt
N
两边积分，并令 t 0 时，N N0 ，得到
N N0et
即放射性衰变基本定律，也是同位素地质年 代学的基本公式。
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原子核的电荷 原子呈电中性(原子核所带的正电荷必须与 轨道电子所带电荷相等，符号相反)。 确定方法：原子序数
原子核的角动量和磁矩 实验证明：原子核象陀螺一样旋转着。 带电粒子运动产生磁场。
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E Ei E j h
内转换过程有两个伴随过程：发射特征X射线和俄歇电子。
§10.3 放射性的应用
一、示踪原子的应用
由于放射性原子的放射作用，容易用仪器探测它
的踪迹，可以利用它为显示踪迹的工具。 农业上用32P研究磷肥对植物的作用 工业上可用来研究磨损量 可用来研究半导体中杂质的扩散
放射性衰变的守恒量：电荷、质量、质量、能量、动量。
2. 衰变定律
dN Ndt
dN N dt
t ~ t dt
时间内发生核衰变的数目
t 0
N
N
0
dN N
dt
ln
N N0
t
N N 0e

t
放射性衰变的指数规律
dN / dt N
衰变常数 t 时刻、单位时间内发生衰变的原子核数
原子核自发地放射出粒子而发生的衰变 衰变式：
A A 4 4 X Y Z Z 2 2 He
1. 粒子的动能 使 粒子在真空中经过垂直于它的路径的磁场。
m
2

E
B q
m B q
1 2
m
2

(m ) 2 m
2

(Bq ) 2 m
2
2
(Be ) m
由于
me M Y
E Ee E EY Ee E
衰变能主要在电子和中微子之间分配。 当
E 0 E Ee
其余情况
1 2
Ee E
假设中微子的自旋和电子一样为 的角动量守恒。
，则衰变前后
1956年，从实验上发现了中微子。
五、 衰变
原子核通过发射光子从激发态跃 迁到较低能态的过程 X * X 1. 衰变的能量 2. 内转换 原子核从激发态向较低能量状 态跃迁时，将核的激发能直接交 给核外电子，使这个电子发射出 来，这种现象称为内转换，释放 的电子称为内转换电子。

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
分立值，正如在 衰变中所观测到的情形一样。但是，人们经过十多年仔细
测量后确认，射线的能量是连续谱，而不像 射线那样是分立谱。这就是
说，衰变放射出的电子的动能可为从零到某一最大值Em之间的任意值，真
是不可思议。
根据上述情况，泡利于1930年提出了中微子假说，即认为，在 衰变中
伴随着每一个电子还释放出一个很轻的中性粒子，这个中性粒子称为中微子
p p pr 0 Ed k k kr k k
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对衰变与能量守恒定律的“矛盾”的解释：
1) 粒子和反冲核的动量大小相等方向相反，即p = -pr=p。显
然，这时p = 0。
Ed
k k kr
p 2 2me
p2 2m
pr 2 2mr
p 2 2me
pr 2 2mr
p2 2me
mr me mr
p2 2me
k
k MAX
即此时粒子的动能大约等于衰变能，最大。
2) 中微子和反冲核的动量大小相等方向相反，即p = -pr=p。显 然，这时p = 0，所以k =0。 对于一般情况， 粒子的动能介于上述两种极端情况之
间，而得到k = 0~Ed的连第续17页分/共布34。页
A Z
X
Z A1Y e
e
n p e e
A Z