1、1放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律在迄今为止发现的在迄今为止发现的2000多种核素中多种核素中,绝大多数都不稳定绝大多数都不稳定,会自发地蜕变为会自发地蜕变为另一种核素另一种核素,同时放出各种射线同时放出各种射线.这种现象称为放射性衰变这种现象称为放射性衰变.放射性衰变放射性衰变提供原子核内部的信息提供原子核内部的信息用于为人类造福用于为人类造福放射性衰变放射性衰变过程中过程中,原来的原来的核素核素(母体母体)或或者变为另一种者变为另一种核素核素(子体子体), 或或者进入另一种者进入另一种能量状态。能量状态。2放放射射性性衰衰变变的的类类型型衰变衰变Ra22688Rn22288+He)
2、(4242衰变的位移定则衰变的位移定则: :子核在元素子核在元素周期表中的位置左移周期表中的位置左移2 2格。格。衰变衰变Bi21083Po21084+e0-1（电子）（电子）衰变的位移定则衰变的位移定则: :子核在元素子核在元素周期表中的位置右移周期表中的位置右移1 1格。格。 衰变衰变*6027CoCo6027+ 高能短波电磁辐射（即电子波）高能短波电磁辐射（即电子波）3a衰变：或记为：如 )He(424A2ZAZa核核核核4A2ZAZaRfSg259104263106aa a 衰变4a a 衰变的能量条件衰变的能量条件Da 衰变方程：D 能量守恒方程：Da 衰变能：D 能量条件：aYX4
3、2AZAZraEEcmcmcm22Y2Xa2HeYX2YX0)()(cMMMcmmmEEEraaHeYX)4, 2(),(MAZMAZM5b衰变：又分为b， b及电子俘获三种： b： 如： b： 如： 电子俘获(EC)： 如：b核核A1ZAZvb核核A1ZAZve核核A1ZAZbNC147146)(e)(eb0F188189LiBe7374Keb b 衰变6b衰变b衰变7b b 衰变衰变: 核电荷数1，核子数不变。 b b -衰衰变、变、b b +衰变和轨道电子俘获衰变和轨道电子俘获Db b -衰变的能量条件衰变的能量条件：eAZAZeYX12YX2YX0)(cMMcmmmEEEerb),1(
4、),(YXAZMAZM8D氚的氚的b b -衰变衰变：D纲图规则：Z小左画，Z大右画eeHeH32313H (T=12.33a)b b - 18.6keV (100%)3He9Db b +衰变的能量条件衰变的能量条件：eAZAZeYX12YX2YX02)(cmMMcmmmEEEeerbemAZMAZM2), 1(),(YX10D13N的的b b +衰变衰变：D轨道电子俘获：轨道电子俘获：eeCN13613713N (T=9.96min) 2mec2b b +1.19(100%)13CeAZiAZeYX1iieWcMMWcmmmE2YX2YX02YX/), 1(),(cWAZMAZMi11补充内
5、容补充内容D 当WK/c2MX-MYWL/c2时， K俘获不能发生，而发生L 俘获；D 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 +；D 轨道电子俘获将伴随X射线或Auger电子产生；D 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b +衰变同时存在，重核EC俘获占优势12跃迁： 表示 的“激发态”如：h核核AZ*AZ*AZ核核AZMeV.DD15266*1526621yy13衰变纲图64Cu (T=12.7h)b b -0.573(40%)b b +0.66
6、(19%)EC1.68(40.4%)EC0.34(0.6%) 1.3464Zn64Ni 2mec22+ 1.34MeV0+ 01+ 14放射性衰变的基本规律放射性衰变的基本规律NdtdN teNN 0原子核是一个量子体系，核衰变是原子核自发产生的变化，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。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。足够多的同种放射性核素的集合体的衰变是有
7、规律的。设放射性核素数目为设放射性核素数目为N0(t0时时)，在在dt内发生衰变的数目内发生衰变的数目dN为：为：(此式是一统计规律此式是一统计规律; 为衰变常数为衰变常数)它必定正比于当时所存在的核数目它必定正比于当时所存在的核数目N。积分后即得积分后即得teNN 01.衰变定律：衰变定律：152.放射性核素的特征量放射性核素的特征量 1)衰变常数衰变常数:2)半衰期：半衰期：放射性核素衰变掉原有放射性核素衰变掉原有 核素一半所需的时间核素一半所需的时间.(分子表示单位时间内发生衰变的核数目分子表示单位时间内发生衰变的核数目,dN 代表代表N的减少量的减少量,为负值为负值,故在它前面加一负号
8、故在它前面加一负号) 0 1T 2T 3T 4T tmin10 T1.000.500.25N/NoN13衰变衰变NdtdN / 093. 02ln2/1 TaT292/1 1T1T 2T 2T3T3T 4T 4TSr9038衰变衰变 表示一个核在单位时间内发生衰变的几率表示一个核在单位时间内发生衰变的几率.16dttt NdtdN 0Ntdt TTNNtdt4412100.ln 010%37NeNN 导出要点：在导出要点：在 内内,发生衰变的核数为发生衰变的核数为 ,这些核的寿命为这些核的寿命为t ,则所有核素的总寿命为则所有核素的总寿命为 3)平均寿命平均寿命：可见可见比半衰期长一点比半衰期
9、长一点.将上将上式代入衰变规律还可得到：式代入衰变规律还可得到： 于是任一核素的平均寿命为于是任一核素的平均寿命为:表示：经过时间表示：经过时间后后,余下的核素数目约为原来的余下的核素数目约为原来的37%.T4411. 17tteAeNNdtdNA 00Ra226A的单位的单位(1975年规定年规定)：贝克勒：贝克勒(或贝可或贝可)(Bq). 1Bq1次核衰变次核衰变/秒秒.A的辅助单位：居里的辅助单位：居里(Ci);毫居毫居(mCi)、微居、微居(Ci)3.放射性活度放射性活度A：放射性物质在放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核数单位时间内发生衰变的原子核数. (A也称也称“放射性强度放射
10、性强度”,or“放射率放射率”、“衰变率衰变率”) 注意：只描述放射源每秒发生核衰变的次数注意：只描述放射源每秒发生核衰变的次数,并不表示并不表示放射出的粒子数放射出的粒子数.导出要点：导出要点：BqCi10107 . 3110107 . 31Ci(即即 次核衰变次核衰变/秒秒)(早期定义：早期定义：1g 在在1s内的放射性衰变数内的放射性衰变数.)teAA 018c4105 . 2 “伦琴伦琴”、“拉德拉德”、“戈瑞戈瑞”： 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它们取决于放射物射线的
11、特性和接受射线的材料的性质.1伦琴伦琴(R)：使：使1kg空气中产生空气中产生 的电量的辐射量的电量的辐射量;1拉德拉德(rad)：1kg受照射物质吸收受照射物质吸收100尔格的辐射能量尔格的辐射能量;1戈瑞戈瑞(Gr)：1kg受照射物质吸收受照射物质吸收1J的辐射能量的辐射能量.A的其它单位的其它单位4.半衰期的测定半衰期的测定 2ln T半衰期是放射性核素的手印半衰期是放射性核素的手印,测定半衰期是确定放射性核素测定半衰期是确定放射性核素的重要方法的重要方法.测出放射性强度测出放射性强度A,算出产生算出产生A的的核素数目核素数目N,据据A=N求出求出 ,求出求出为保证足够的计数以降低统计误
12、差为保证足够的计数以降低统计误差,必须增大必须增大N.19检测放射检测放射性的方法性的方法盖革计数器盖革计数器是根据受辐射气体发生电离而产是根据受辐射气体发生电离而产生的离子和电子能传导电流的原理设计的。生的离子和电子能传导电流的原理设计的。每个被放大了的电脉冲每个被放大了的电脉冲即代表一次放射性记数即代表一次放射性记数 20 在自然界存在的放射性在自然界存在的放射性核素大多具有多代母子体核素大多具有多代母子体衰变关系衰变关系. . 母体放射性核母体放射性核素经多代子体放射性核素素经多代子体放射性核素最后衰变生成稳定核素最后衰变生成稳定核素. . 镎镎 系系钍钍 系系锕锕 系系铀铀 系系218
13、08590145140135130125ZN钍系（钍系（4n）级联衰变级联衰变a ab bTh23290Ra22888Th22890Ra22488Rn22086Po21684Pb21282Po21284Pb20882Tl20881808590145140135130125ZN铀系（铀系（4n+2）级联衰变级联衰变U23892U23492Th23490Pa23491Tb23090Ra22688Rn22286Po21884Pb21482At21885Bi21484Tl21481Po21484Pb21082Bi21083Tl21081Po21084Pb206828085901451401351301
14、25ZN808590145140135130125ZN自然界存在四个天然衰变链：钍系、镎系、铀系、锕系自然界存在四个天然衰变链：钍系、镎系、铀系、锕系(图中均为自然界存在的放射过程图中均为自然界存在的放射过程).22808590145140135130125ZN808590145140135130125ZN锕系（锕系（4n+3）级联衰变级联衰变U23592Pa23191Th23190Ac22789Fr22387Th22790Ra22388Rn21986Pb21182Ro21584At21585Tl20781Bi21183Po21184Pb20782镎系（镎系（4n+1）级联衰变级联衰变Np23
15、793Pa23391Ac23589Fr22187At21785U23392Ra22588Th22990Br21383Tl20981Po21384Pb20982Bi20983808590145140135130125ZN235.简单的级联衰变简单的级联衰变)(CBA连续衰变规律连续衰变规律,以两代衰变以两代衰变 为例为例)A的衰变服从衰变律：的衰变服从衰变律： tAAAeNN 0AA ,B一方面衰变为一方面衰变为C,一方面又一方面又不断从不断从A处获得补充，处获得补充，B的的衰变规律与有关：衰变规律与有关：)(0ttABAABBAeeNN AB Bt 若若,当时当时,tBAABAeNN 0这时子
16、核将按母核的衰变规律衰变。这一个重要结论启示这时子核将按母核的衰变规律衰变。这一个重要结论启示人们保存短寿命核素的一个方法人们保存短寿命核素的一个方法.24放射性放射性 鉴年法鉴年法C14W.F.Libby(利比利比)鉴年法的先驱鉴年法的先驱C14获获19601960年度年度诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖方法：放射性测定年代法方法：放射性测定年代法C14依据：半衰期与反应物的起始浓度无关依据：半衰期与反应物的起始浓度无关 假定：大气中、的比值是恒定的假定：大气中、的比值是恒定的 C146C126 宇宙射线中的大量质子与大气中原子核反应产生许多宇宙射线中的大量质子与大气中原子核反应产生许多次级中子，这
17、些次级中子与大气中的反应而产生次级中子，这些次级中子与大气中的反应而产生而自发地进行而自发地进行衰变：衰变：N14C14C14pCNn 1414 eNC1414C146C12由于宇宙射线的质子流、大气组分相对恒由于宇宙射线的质子流、大气组分相对恒定定,故上述次级中子流也相对恒定故上述次级中子流也相对恒定,使得使得 的产生率保持恒定的产生率保持恒定,经相当时间后产出与衰变经相当时间后产出与衰变达平衡达平衡,其数目保持不变其数目保持不变.而大气中的是而大气中的是稳定核素稳定核素.研究表明：研究表明： 1214103 . 15730:1214CCaC/NN大大气气中中的的半半衰衰期期 25埃及一法老
18、古墓发掘出来的木质遗物样品中埃及一法老古墓发掘出来的木质遗物样品中, ,放射性碳放射性碳-14-14的比活度为的比活度为432Bqg432Bqg-1-1 即即s s-1-1(gC)(gC)-1-1,而地球上而地球上活体植物组织相应的比活度则为活体植物组织相应的比活度则为756Bqg756Bqg-1-1, ,试计算该试计算该古墓建造的年代古墓建造的年代. .例例1解解: :衰变反应是衰变反应是: : 根据一级反应的速率方程和半衰期公式根据一级反应的速率方程和半衰期公式: : ln lnc ct t( )= -( )= -ktkt lnlnc c0 0( ) ( ) T T1/21/2 = 0.6
19、93/ = 0.693/k k得：得：k k = 0.693/ = 0.693/t t1/21/2 = 0.693/5730 a = 1.21 = 0.693/5730 a = 1.211010-4-4 a a-1-1 t t=ln756Bqg=ln756Bqg-1-1/432Bqg/432Bqg-1-1/(1.21/(1.211010-4-4a a-1-1) ) =4630 a=4630 a 如以上数据系如以上数据系20052005年所得，则年所得，则4630-20054630-200526252625即该古墓大约是公元前即该古墓大约是公元前26252625年建造的。年建造的。 C146C1
20、46eNC01147146 26解解: :例例2 2测得古墓测得古墓100g100g骸骨碳的衰变率为骸骨碳的衰变率为900/min900/min，求此墓年代。，求此墓年代。 b b据衰变定律和半衰期公式据衰变定律和半衰期公式 2ln2/10TeNNt当前当前100g100g骸骨中的数目为骸骨中的数目为N N，00ln2lnln1NNTNNt 结论：古墓年代约结论：古墓年代约为公元前为公元前22002200年年C141281091. 3/1073. 4693. 057302ln1 aadtdNTdtdNN 1223120105 . 61210022. 6100103 . 11001214 CAC
21、CNNNN 墓主死亡时墓主死亡时100g100g骸骨碳中含原子的数目为：骸骨碳中含原子的数目为：C14aaNNTt4200105 . 61091. 3ln693. 05730ln2ln12120 aadtdN/1073. 4/3652460900min/9008 276.同位素生产同位素生产NPdtdN )1(tePN 在在2000多种核素中多种核素中,只有只有300多种是天然的多种是天然的,其余其余1600多种均是在反应堆和加速器中靠人多种均是在反应堆和加速器中靠人工核反应产生的工核反应产生的.在其产生的同时即在发生衰在其产生的同时即在发生衰变变,设核素的产生率为设核素的产生率为P,则它的变
22、化率为：则它的变化率为： 以上的一阶非齐次微分方程的解为：以上的一阶非齐次微分方程的解为：可表示为放射性活度：可表示为放射性活度：)1()1(2/1TttePePNA 同位素生产图示同位素生产图示0 1 2 3 4 5 60.51.0A/Pt/T显然显然,当经过当经过1个个T时时,A可达到可达到P的的50%,经过经过2个个T时时,A可达到可达到P的的75%(见左图见左图).从图中可知从图中可知,无论无论工作时间多长工作时间多长,最大的最大的A不超过不超过P.28衰变衰变a a YXAZAZ421. 衰变的条件衰变的条件设衰变前母核设衰变前母核X静止静止,据能量守律有：据能量守律有：YYXEEc
23、mcmcm a aa a222YdefEEE a a0衰变能衰变能则则20)(cMMMEHeYX 一般用原子质量一般用原子质量M表示为：表示为：0222EcmcmcmYX a a衰变的条件衰变的条件00 E即即HeYXMMM 2.衰变能衰变能E0及核能级图及核能级图a aEAAE40 据此可用各种能谱仪测据此可用各种能谱仪测定定E,直接确定衰变能直接确定衰变能.欲确定未知核素的欲确定未知核素的MX，必先测出，必先测出E和和EY,但由于核的质量较大，反冲但由于核的质量较大，反冲能很小不易测量。可从动量守恒定律出发，证明能很小不易测量。可从动量守恒定律出发，证明E和和EY间的关系，以便间的关系，以
24、便只测出只测出E就能确定就能确定MX。由于由于MX静止静止,故有故有 a aa avmvmYY 29因此子核的反冲能因此子核的反冲能:a aa aa aa aa aEmmmmvmvmEYYYYY 222121a aa aa aa aa aEAAEAEmmEEEYY4)441()1(0 此处用核的质量数之比代替核质量之比此处用核的质量数之比代替核质量之比,易证明易证明,这样做的误差甚微这样做的误差甚微.事实上事实上,在在衰变中衰变中,大部分核素放出大部分核素放出的的粒子往往有好几群粒子往往有好几群,每一群粒子每一群粒子有确定的能量有确定的能量.的的能谱能谱Bi2125.4 5.6 5.8 6.0
25、 6.2MeVE /a a相相对对强强度度粒子能谱具有分立的、不连续的特粒子能谱具有分立的、不连续的特征。预示着子核有分立的能态征。预示着子核有分立的能态.卢瑟福与盖革在实验室观测卢瑟福与盖革在实验室观测粒子粒子303. 衰变的机制与寿命衰变的机制与寿命核力是短程力核力是短程力, 而库仑斥力为长程力而库仑斥力为长程力.在多质子的核内在多质子的核内,核力核力几乎不能几乎不能“补偿补偿”质子间的相互排斥质子间的相互排斥,于是要发生衰变于是要发生衰变,以减以减少质子数来增加稳定性少质子数来增加稳定性.事实上事实上,Z83的核素都不稳定。的核素都不稳定。衰变产生的粒子来自核内衰变产生的粒子来自核内,
26、,核内的核内的粒子受核粒子受核力吸引力吸引(负负势能势能),在核外在核外,粒子受到库仑力的排斥粒子受到库仑力的排斥.这样这样,在核的表面形成一个势垒在核的表面形成一个势垒.由于微观粒子的波动性由于微观粒子的波动性,能量小能量小的的粒子也有一定的几率穿过势粒子也有一定的几率穿过势垒而从核内逸出垒而从核内逸出(隧道效应隧道效应).1928年伽莫夫等人指出年伽莫夫等人指出, 粒子就是因粒子就是因量子隧道效应穿过势垒跑到核外量子隧道效应穿过势垒跑到核外的的.并证明：并证明：粒子每秒穿过势垒粒子每秒穿过势垒的几率等于它的衰变常数的几率等于它的衰变常数.R b r)(rVREa aEa a0库仑势库仑势粒
27、子的势垒粒子的势垒核势核势31衰变衰变（核电荷改变而核子数不改变的衰变）（核电荷改变而核子数不改变的衰变）衰变碰到的难题衰变碰到的难题 b b b b贝克勒发现放射性后贝克勒发现放射性后,证明了射线是电子流证明了射线是电子流.随后的研究表明衰变随后的研究表明衰变的能谱是连续谱的能谱是连续谱,与与粒子的分立截然不同粒子的分立截然不同.这使当时科学界面临两个难题：这使当时科学界面临两个难题：1)原子核是个量子体系原子核是个量子体系,核衰变是不同核能态间的跃迁核衰变是不同核能态间的跃迁,释放的能量应该呈释放的能量应该呈量子化量子化.为什么射线的能谱会是连续的呢？为什么射线的能谱会是连续的呢？ b b
28、2)不确定关系不允许核内有电子不确定关系不允许核内有电子,那么衰变放出的电子从何而来？那么衰变放出的电子从何而来？ b b早期对早期对能谱的连续性能谱的连续性很难理解很难理解.因原子核的能因原子核的能量呈量子化量呈量子化,从这一点看从这一点看能谱应当是离散的能谱应当是离散的.此外此外,人们当时发现人们当时发现, 衰变还衰变还表现出明显违背能量、表现出明显违背能量、动量和角动量守恒律动量和角动量守恒律.18161412108642000.20.40.60.81.0强度强度Ib bE/MeVBi21083核的核的能谱能谱32泡利于泡利于1930年解决了第一个难题年解决了第一个难题中微子中微子假说假
29、说泡利：泡利：“只有假定在衰变过程中只有假定在衰变过程中,伴随着每一个电子有一个伴随着每一个电子有一个轻的中性粒子轻的中性粒子(“中微子中微子”)一起被发射出来一起被发射出来,使中微子和电子的使中微子和电子的能量之和为常数能量之和为常数,才能解释连续才能解释连续谱谱.”换言之换言之,衰变能应在电子、衰变能应在电子、中微子和子核间进行分配中微子和子核间进行分配,即：即：YeEEEE 00 YE由于子核质量远大于电子质量由于子核质量远大于电子质量,故故 meeEEEEEEEb b 0000时时，时时，当当(即电子能量取极大值即电子能量取极大值).mEb b0因此因此,电子可取电子可取( )间的任何
30、能量值间的任何能量值.21为使为使衰变前后电荷、角动量均守恒衰变前后电荷、角动量均守恒,中微子的电量必为中微子的电量必为0,自旋必为自旋必为一般认为中微子的静质量为一般认为中微子的静质量为0.0.后来的研究表明（尚待进一步后来的研究表明（尚待进一步研究研究. .）0 m泡利的中微子假设引起不少怀疑泡利的中微子假设引起不少怀疑,但费米不仅接受且用于解决了第二个难题但费米不仅接受且用于解决了第二个难题.33费米解决了第二个难题费米解决了第二个难题 b b b b费米认为电子和中微子是在衰变中产生的费米认为电子和中微子是在衰变中产生的,衰变的本质是核内的衰变的本质是核内的一个中子变为质子，衰变和一个
31、中子变为质子，衰变和EC的本质是核内的一个质子变为中子的本质是核内的一个质子变为中子.而而质子和中子可视为核子的两个不同状态质子和中子可视为核子的两个不同状态,中子与质子的转变相当于量子中子与质子的转变相当于量子态间的跃迁态间的跃迁,在跃迁过程中放出电子和中微子在跃迁过程中放出电子和中微子.(它们原本不存在核内它们原本不存在核内,好像光子是原子不同状态间的跃迁的产物一样好像光子是原子不同状态间的跃迁的产物一样.区别在于电磁作用导致产生光子区别在于电磁作用导致产生光子,弱相互作用导致产生电子和中微子弱相互作用导致产生电子和中微子.)1934年年,费米提出的弱相互作用的衰变理论费米提出的弱相互作用
32、的衰变理论,并经受了长时期的考验并经受了长时期的考验.中微子假说解决了中微子假说解决了衰变的两大难题衰变的两大难题,但人们希望从实验上证实中微子但人们希望从实验上证实中微子的存在的存在.中微子无电荷无静质量中微子无电荷无静质量,与物质的相互作用极其微弱与物质的相互作用极其微弱,易穿过物质易穿过物质,因此很难捕捉到它因此很难捕捉到它.1930年预言它的存在年预言它的存在,1956年才通过实验探测到它年才通过实验探测到它.34正正电电子子1928年狄拉克由相对论量子力学年狄拉克由相对论量子力学预言正电子的存在预言正电子的存在.1932年安德年安德逊在宇宙线中观察到正电子逊在宇宙线中观察到正电子.正
33、电子与电子相遇会湮灭而产正电子与电子相遇会湮灭而产生一对生一对0.51MeV 0.51MeV 的的光子光子柯恩、莱尼斯的中微子实验简介柯恩、莱尼斯的中微子实验简介大量来自反应堆的反中微子流投射到含镉化合物溶液的水槽中大量来自反应堆的反中微子流投射到含镉化合物溶液的水槽中,反中微子反中微子被水中的质子俘获被水中的质子俘获,放出一个正电子和一个中子放出一个正电子和一个中子nep 正电子与电子湮灭而产生一对正电子与电子湮灭而产生一对光子光子. .新产生的中子经几微秒的迁移后新产生的中子经几微秒的迁移后被镉核俘获被镉核俘获, ,而受激镉核放出而受激镉核放出3 3至至4 4个个光子回到基态光子回到基态.
34、 . 记录下来的反应约记录下来的反应约每小时每小时3 3次次. .捕获中微子捕获中微子含镉水槽含镉水槽闪烁计数器闪烁计数器入射的反中微子入射的反中微子 en 35 b b3. 衰变衰变： eYXAZAZ1衰变能：衰变能：20)(cMMEYX 产生衰变的条件：产生衰变的条件： b b), 1(),(AZMAZMYX 衰变纲图中衰变纲图中,依惯例将依惯例将Z小的核素画在左边小的核素画在左边 例：例： eHeH33H3的衰变纲图的衰变纲图)33.12(3年年 THHe3）（1000186. 0 b b b b衰变即以从左上方向右下方画衰变即以从左上方向右下方画的箭头表示的箭头表示.图中图中粒子的最大
35、动能为粒子的最大动能为0.0186MeV,此即为此即为衰变衰变能能.100%表示表示经衰变全部衰变到的基态经衰变全部衰变到的基态.36b b4. 衰变：衰变： eYXAZAZ12e0)m2(cMMEYX 衰变能：衰变能：近似地等于放出的近似地等于放出的正电子的最大动能正电子的最大动能b b产生产生 衰变的条件：衰变的条件：eYXmAZMAZM2), 1(),( N13的衰变纲图的衰变纲图min)96. 9(13 TN）（ 10019. 1 b bC13轨道电子俘获轨道电子俘获(EC): (EC): YeXAZAZ1母核俘获核外轨道的一个电子使母核中的一个质子转为中子母核俘获核外轨道的一个电子使
36、母核中的一个质子转为中子, ,过渡到过渡到子核同时放出一个中微子子核同时放出一个中微子. .由于由于K K层电子最靠近核层电子最靠近核, ,最易被俘获最易被俘获. .i从层俘获电子的衰变能为：从层俘获电子的衰变能为：iYXiWcMME 20)(发生发生ECEC的条件：的条件：2/), 1(),(cWAZMAZMiYX 37与与衰变衰变有关有关的其的其它衰它衰变方变方式式1.中微子吸收：中微子吸收： enp 本质同本质同衰变衰变,1956年科范和莱恩斯利用此过程直接证明了中微子的存在年科范和莱恩斯利用此过程直接证明了中微子的存在.2.双衰变：产生一个电子必然产生一个中微子双衰变：产生一个电子必然
37、产生一个中微子. b b 221305413052 eXeTe3.延迟中子发射延迟中子发射)6 .55(87sTBr Kr87）（300 . 8 b b）（706 . 2 b bKr86n缓中子缓中子4 . 5 衰变较集中于重核衰变较集中于重核;衰变几乎遍及整个周期系衰变几乎遍及整个周期系. 01234567887654321稳定线稳定线NZB125N127C126 b b b b丰中子核素丰中子核素,以以 衰变向衰变向稳定线过渡稳定线过渡 b b缺中子核素缺中子核素,以以 衰变向衰变向稳定线过渡稳定线过渡 b b387 7衰变衰变1.一般性质一般性质原子核发生原子核发生、衰变时往往衰变到子核
38、的激发态衰变时往往衰变到子核的激发态.处于激处于激发态的核不稳定发态的核不稳定,要向低激发态跃迁要向低激发态跃迁,同时往往放出同时往往放出光子光子,此此即即衰变衰变.例如的衰变例如的衰变.Co60)27. 5(60aTCo %)100(309. 0 b bNi60的衰变纲图的衰变纲图Co633. 12 2.501.33017. 11 2.内转换电子：内转换电子：核从激发态向低能级跃迁时不一定放核从激发态向低能级跃迁时不一定放出出光子光子,而是把这部分能量直接交给核而是把这部分能量直接交给核外电子而使电子离开原子外电子而使电子离开原子,此谓内转换此谓内转换,释放的电子称释放的电子称内转换电子内转
39、换电子.若光子能量为若光子能量为E(不计核释放光子后的不计核释放光子后的反冲反冲),i层电子的结合能为层电子的结合能为Wi,则内转换电则内转换电子的能量就是子的能量就是Ee=E-Ei.39显然显然,内转换电子的能谱是分立的内转换电子的能谱是分立的. 一般地一般地,重核低激发态跃迁时发生内转换电子的概率较大重核低激发态跃迁时发生内转换电子的概率较大. a aNNe 内转换系数内转换系数：表示转换和表示转换和跃迁相对概率的大小：跃迁相对概率的大小：3.同质异能跃迁同质异能跃迁(IT)s1410 通常通常,处于激发态的原子核处于激发态的原子核寿命短暂寿命短暂,典型值为典型值为 “ “同质异能素同质异
40、能素”: :处于亚稳处于亚稳态的寿命较长的激发态态的寿命较长的激发态. . “同质异能素同质异能素”的表示：一的表示：一般在核素左上角质量数旁加般在核素左上角质量数旁加“m”.Inm113同质异能素同质异能素)118(116dTSn min)104(113 TInIn113%)8 . 1(EC%)2 .98(EC253. 0 %)35(%)65(IC 393. 040穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应( (无反冲共振吸收无反冲共振吸收) )R.L.Mossbauer德（德（1929-）人们认为原子核也应有共振吸收现象人们认为原子核也应有共振吸收现象,它可强烈吸收同它可强烈吸收同类核素发出的类核素发出的射
41、线射线.然而长期观察不到此现象然而长期观察不到此现象,后来知道这后来知道这是是因为原子核发射和吸收因为原子核发射和吸收光子时要受到反冲的影响光子时要受到反冲的影响,部分部分能量被反冲核带走能量被反冲核带走,使使光子的能量（或说频率）发生光子的能量（或说频率）发生“漂移漂移”.”.问题：如何实现问题：如何实现射线的共振吸收？射线的共振吸收？如：使发射源以适当的速如：使发射源以适当的速度运动可补偿反冲核损失度运动可补偿反冲核损失的能量的能量, ,但在技术上较困难但在技术上较困难. .解决方案解决方案1：采取补偿能量损失的方法：采取补偿能量损失的方法解决方案解决方案2：避免能量损失的方法：避免能量损
42、失的方法穆斯堡尔效应：当原子核处于固体晶格中时，遭受反冲的就不穆斯堡尔效应：当原子核处于固体晶格中时，遭受反冲的就不是单个原子核，而可能是整块晶体，这时反冲能是单个原子核，而可能是整块晶体，这时反冲能0RE原子从激发态跃迁到基态时所发射的光子原子从激发态跃迁到基态时所发射的光子,会被基态的会被基态的同种原子吸收同种原子吸收,称为称为原子的共振吸收原子的共振吸收（甚强）（甚强）.（例如，用（例如，用钠灯照射钠蒸汽钠灯照射钠蒸汽,后者会强烈地吸收前者发出的黄光后者会强烈地吸收前者发出的黄光）1958年发现穆斯堡尔效应年发现穆斯堡尔效应获获1961年度诺贝尔物理学奖年度诺贝尔物理学奖p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be写在最后感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings结束语讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
