原子核物理课件2衰变

2。放射性衰变(decay)1895，X-射线（伦琴）（1900年第一个Nobel).1896,铀的衰变现象（贝克勒尔，1903

Nobel).1898-99,分离出Po和Ra放射性元素（居里夫妇，1903Nobel物理,

居里夫人1911年第二次获Nobel化学奖).2.1放射性的发现1897,发现a,b射线（卢瑟福，1908Nobel）1900,发现g射线。1909,断定a射线是4He核流（卢瑟福）。b射线：高速电子流。g射线：高能光子流。1稳定线：稳定核的N比Z大一些稳定核素： 280多种。天然放射性核素：60多种。人工放射性核素：2000多种。22.2

衰变规律衰变(decay)：不稳定的原子核自发地转变为其他原子核。统计性：每个原子核衰变的概率是均等的。概率：原子核在单位时间内衰变的百分比。公式？？？3l衰变常数，是每个核在单位时间内衰变的概率。半衰期(halflife)：N０／２=N0e-lt

t=ln2/l=T1/2平均寿命(meanlifetime)：4N0N0/2tT1/2N0/etT1/2=ln2/l=0.693/

5放射性活度(RadioActivity)：单位时间衰变的原子核数

1Bq=1次衰变/s1Ci=3.7*1010BqmCi,mCi测量放射性活度A,可以得到半衰期,如测得1mg的238U,A=740次/分钟,半衰期=?6放射性的一个重大应用：考古断代植物通过光合作用吸收CO2

和氧气合成有机物，一些动物以植物为食物，另一些动物又以食草动物为食物，动物还要不断呼吸，因而整个生物链和自然界的14C含量达到平衡。但死亡的生物体不和自然界交换物质，而14C却不断衰变，因而，死亡的生物体内的14C的含量低于自然界里的含量。测量古代生物遗骸内14C的含量就可以确定遗骸的年代。范围：100-3000年。1960Nobel奖。714C断代法：实验表明，大气中，14C与12C原子数目之比=1.3*10-12。活的生物体由于吸收大气中的CO2，也具有上述比例。但是，当生物体死亡之后，随着14C的衰变，上述比例随着时间减少。测出出土的生物体中14C与12C数目之比即可推出该生物体所经历的时间。练习：100g碳,探头直径10cm，距离0.4cm，探测效率45%，测量到放射性3.375次/s。8例题：古墓遗骸100g碳的b-

放射性强度为900/m。碳14半衰期为5730年，求此古墓年代。9辐射剂量(radiationdose)D

1Gr（R）=吸收1J辐射能量/1kg物质

剂量当量(Equivalentdose)

H=QWDSv

W为权重因子

Q

品质因子：x,g,b射线Q=1

质子，单电荷离子Q=10

中子、a射线Q=20 辐射防护知识10组织名称（T）权重因子（WT）性腺0.25乳腺0.15红骨髓0.12肺0.12甲状腺0.03骨表面0.03其余组织（每一个）0.06标准放射性场所，工作人员的年有效剂量当量限值为50mSv,孕妇，儿童15mSv,

公众成员1mSv.W权重因子11防护：射线：质量大，带电，很容易被物质吸收，空气中射程几厘米，一张纸、一层衣服可以挡住。射线：高速，穿透能力中等，几毫米到几厘米厚的金属片可以挡住。g射线：高能光子，穿透性极强。几厘米厚的铅砖、到几米厚的混凝土墙阻挡。

射线

射线

射线吸入的危害极大！！！122.3a衰变(decay)Ya

级联衰变（递次衰变）：钍系：铀系：锕系：镎系：13能量如何变化？衰变能Ed

：衰变过程释放的能量。Ya

X衰变能的来源？Ed=EY+E

EY

E

比较：一颗炸弹的能量来源14Ed=Dmc2=(mX–mY-ma

)c2

={MX–zme–[MY-(z–2)me]–[MHe-2me]}c2=(MX-MY-MHe)c2原子质量根据质量亏损：Ya

X原子核质量15衰变能等于结合能的增加。Ed=BY+BHe–BX衰变后原子核内部核子之间结合得更紧密！可以证明：Ed=Dmc2=(mX–mY-ma

)c2Ya

X16Ea=Ed

(1-Ma/MY)

Ed(1-4/AY)，~98%Ya

Ea=?Ea=?Ed=EY+E

17计数Ed

射线能谱（spectrum）：

射线能量

E

(MeV)怎么来的？噪声EaEa=Ed

(1-Ma/MY)(1)(2)18分支比衰变纲图(decayscheme)：衰变能原子序数Z半衰期能级能量19

衰变量子理论:

衰变释放能量，为什么同样的原子核不会即刻全部发生衰变，而有一定的衰变寿命？核力区隧穿效应

解Schrodinger方程计算透射系数可得衰变常数。

R~2fm库仑势1/rV(r)rEd202.4b衰变：

b射线是电子流。于是，人们设想：Ye-

可是，人们在此遇到了致命的困难。?

Ed=Dmc2=(mX-mY-me)c2，E

=Ed

(1-me/MY)

Ed应该是个常数。X

Ed21电子计数EbEdb能谱是连续谱。不可理解!!!???能量不守恒？？？Ye-

Pauli,1930E

Ed，

射线的能量是个常数吗？？？E

+E

Ed

是个常数。Anti-neutrino221930，泡利提出中微子假说：一种质量为零的电中性粒子,自旋为1/2.1956年，中微子才被实验证实。Ye-

5sCdCl2

水溶液闪烁体闪烁体e+

vn0.511MeV0.511MeV9.1MeVCdp中微子的速度是否超光速？1945年，诺贝尔物理学奖授予泡利，以表彰他发现泡利不相容原理。23Ed=Dmc2=?(exercise)b+衰变：13N，22Navv中微子自旋1/2：b-衰变：n,3H,轨道电子俘获

(ElectronCapture)7Be静止质量

024轨道电子俘获(EC)：K-俘获，L-俘获，…ECX-ray1.EmitX-rays.25轨道电子俘获时：EC2.EmitAugerelectrons.俄歇电子26IntensitybenergyEd轨道电子俘获时的b能谱：Auger27衰变能Ed=Dmc2=(mX-mY-me)c2=(Mx–My)c2b-衰变：b+衰变：Ed=Dmc2=(mX-mY-me)c2=(Mx–My–2me)c228轨道电子俘获（EC)：Ed=Dmc2-Wi

=(mX+me-mY

)c2–Wi

=(Mx–My)c2-WiEC29

衰变图(decayscheme)：3H（T=12.33a）b-0.0186MeV(100%)3He13N(T=9.96min)2mec2b+1.19MeV(100%)13CZEd=(Mx–My–2me)c2303132选择定则衰变前后角动量守恒：电子和中微子自