放射性衰变基本规律

关于放射性衰变基本规律第一页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律核衰变原子核是一个量子体系，核衰变是一个量子跃迁过程。对一个特定的放射性核素，其衰变的精确时间是无法预测的；但对足够多的放射性核素的集合，其衰变规律是确定的，并服从量子力学的统计规律。第二页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律指数衰变律

l衰变常数：一个原子核在单位时间内发生衰变的几率衰变常数与外界条件（温度、压力、磁场等）几乎无关第三页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律半衰期60Co的半衰期为5.27a;238U的半衰期为4.5109a第四页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律平均寿命平均寿命表示：经过时间以后，剩下的核素数目为初始核素数目的37%高速粒子：第五页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律放射性强度：单位时间内物质发生衰变的原子核数放射性强度单位：1居里（Ci）=3.71010次核衰变/秒

1毫居=0.001居里，1微居=0.001毫居

1贝克勒（Bq）=1次核衰变/秒1g226Ra的放射性强度近似为1居里第六页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律射线的物质效应：射线对物质的效应不仅取决于放射性物质本身的强弱，还取决于所释放的射线的特性及接受射线的材料的性质。物质效应单位：1伦琴（R）=使1kg空气中产生2.5810-4库仑电量的辐射量

1拉德（rad）=1g受辐照物质吸收100erg的辐射能量

1戈瑞（Gr）=1kg受辐照物质吸收1J的辐射能量

比放射性：A’=A/m(单位质量的放射性强度）第七页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律半衰期测量斜率法：中等寿命的放射性元素直接法：长寿命的放射性元素平衡关系测量法：短寿命的放射性元素第八页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律级联衰变规律放射系A=4nA=4n+2钍系铀系第九页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律锕系镎系A=4n+3A=4n+1第十页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律级联衰变公式对于简单的级联衰变：ABC第十一页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律第十二页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律第十三页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律放射性平衡久期平衡：A<<B,TA>>TB寿命测量短寿命核素的保存：母体+子体第十四页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律暂时平衡（准平衡）：A<B,TA>TB第十五页，共五十一页，2022年，8月28日放射性衰变基本规律同位素生产同位素生产量：放射性强度：第十六页，共五十一页，2022年，8月28日衰变衰变的能量条件衰变方程：能量守恒方程：衰变能：能量条件：第十七页，共五十一页，2022年，8月28日衰变动量守恒条件：第十八页，共五十一页，2022年，8月28日衰变衰变的经验定律Geiger-Buttall关系：改进的经验定律：第十九页，共五十一页，2022年，8月28日衰变衰变的基本理论遂穿几率：改进的经验定律第二十页，共五十一页，2022年，8月28日衰变在E<<EB的一级近似下，对于粒子有粒子的遂穿频率：第二十一页，共五十一页，2022年，8月28日衰变第二十二页，共五十一页，2022年，8月28日衰变衰变的能级图第二十三页，共五十一页，2022年，8月28日衰变第二十四页，共五十一页，2022年，8月28日衰变衰变分支比分支比：不同能级衰变强度所占的百分比。分衰变常数：第二十五页，共五十一页，2022年，8月28日衰变衰变:核电荷数1，核子数不变。-衰变、+衰变和轨道电子俘获-衰变的能量条件：第二十六页，共五十一页，2022年，8月28日衰变氚的-衰变：纲图规则：Z小左画，Z大右画3H(T=12.33a)-18.6keV(100%)3He第二十七页，共五十一页，2022年，8月28日衰变+衰变的能量条件：第二十八页，共五十一页，2022年，8月28日衰变13N的+衰变：轨道电子俘获：13N(T=9.96min)2mec2+1.19(100%)13C第二十九页，共五十一页，2022年，8月28日衰变当WK/c2>MX-MY>WL/c2时，K俘获不能发生，而发生L

俘获；2mec2>>Wi，+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+；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，中等核EC俘获和+衰变同时存在，重核EC俘获占优势第三十页，共五十一页，2022年，8月28日衰变64Cu(T=12.7h)-0.573(40%)+0.66(19%)EC1.68(40.4%)EC0.34(0.6%)1.3464Zn64Ni2mec2第三十一页，共五十一页，2022年，8月28日衰变中微子假说-衰变的能量谱是连续的，而原子核是量子体系；测不准关系不允许核内有电子，-衰变过程中的电子是如何产生的？-衰变过程中的能量守恒关系是如何满足的？NEmE第三十二页，共五十一页，2022年，8月28日衰变1930年Pauli指出：“只有假定在-衰变过程中，伴随每一个电子有一个轻的中性粒子（中微子）一起被发射出来，使中微子和电子的能量和为常数，才能解释连续谱。”例如：第三十三页，共五十一页，2022年，8月28日衰变能量守恒：中微子和电子的能量和为常数电荷守恒：中微子的电荷为0角动量守恒：中微子的自旋为1/2伴随电子产生的中微子：ve子衰变产生的中微子：v重轻子子衰变产生的中微子：v中微子的质量：mv<10eV第三十四页，共五十一页，2022年，8月28日衰变-衰变的费米理论费米认为：正像光子是原子不同状态之间跃迁的产物，中微子是原子核中质子和中子之间转换产生的。导致光子产生的是电磁相互作用，而导致中微子产生的是弱相互作用。-衰变概率公式：中微子被质子的俘获截面：（1.100.26)10-43cm2第三十五页，共五十一页，2022年，8月28日衰变-衰变的跃迁规则根据-衰变的费米理论：电子和中微子的平面波近似：第三十六页，共五十一页，2022年，8月28日衰变分波展开：第三十七页，共五十一页，2022年，8月28日衰变-衰变的分类：

l=0项有贡献,允许跃迁

l=n-1项没有贡献，l=n项有贡献,n级禁戒跃迁选择定则：有母核和子核的自旋和宇称及跃迁类型所决定第三十八页，共五十一页，2022年，8月28日衰变第三十九页，共五十一页，2022年，8月28日衰变一般性质当原子核发生衰变和衰变时，衰变后的子核往往处于激发态，衰变就是退激发跃迁过程所导致的能量释放。一般而言，核的衰变数不等于所释放出的射线数。60Co(T=5.27a)-0.309MeV(100%)1.33MeV2.50MeV012第四十页，共五十一页，2022年，8月28日衰变跃迁几率：单质子模型电跃迁：核中电荷分布的贡献磁跃迁：核中电荷运动和核磁距的贡献多极辐射的极次由2L决定，如：L=1为偶极辐射，L=2为四极辐射等。第四十一页，共五十一页，2022年，8月28日衰变电跃迁与磁跃迁的比较：不同极次跃迁的比较：电跃迁快于磁跃迁；辐射的极次越低，跃迁越快。第四十二页，共五十一页，2022年，8月28日衰变选择定则角动量守恒：宇称守恒：选择定则表：第四十三页，共五十一页，2022年，8月28日衰变内转换电子：退激发跃迁的能量释放直接转换为原子核外电子的动能，从而导致内壳层电子的发射。能量守恒：内转换系数：发射内转换电子时，原子核的自旋和宇称的变化为0+。第四十四页，共五十一页，2022年，8月28日衰变同质异能素：具有较长寿命（>0.1s)的激发态核素（AmX）同质异能素发生的跃迁（或内转换）称为同质异能跃迁(IT)同质异能素可以直接发生衰变和衰变。113Sn(T=118d)EC(1.8%)EC(98.2%)0.253MeV0.393MeV(65%)IC(35%)113mIn(T=104min)113In第四十五页，共五十一页，2022年，8月28日穆斯堡尔效应共振吸收：当用钠的D线激发处于基态的钠原子时，由于D线的能量与钠基态原子跃迁所需要的能量几乎相等，所以将导致共振吸收。能级宽度=

10-8eV因光子发射所导致的光子谱线位移E=10-11eV(动量守恒和能量守恒要求原子反向运动的反冲能）10-8eV10-11eVhvER第四十六页，共五十一页，2022年，8月28日穆斯堡尔效应核反冲对共振吸收的影响能量守恒：动量守恒：能级宽度：57Fe:ER=210-3eV,=4.710-9eV10-9eV10-3eV第四十七页，共五十一页，