原子核衰變課件

放射性衰變的基本規(guī)律在迄今為止發(fā)現的2000多種核素中,絕大多數都不穩(wěn)定,會自發(fā)地蛻變?yōu)榱硪环N核素,同時放出各種射線.這種現象稱為放射性衰變.放射性衰變提供原子核內部的信息用于為人類造福放射性衰變過程中,原來的核素(母體)或者變?yōu)榱硪环N核素(子體),或者進入另一種能量狀態(tài)。1放射性衰變的基本規(guī)律在迄今為止發(fā)現的2000多種核素中,絕放射性衰變的類型α衰變+α衰變的位移定則:子核在元素周期表中的位置左移2格。β衰變+（電子）β衰變的位移定則:子核在元素周期表中的位置右移1格。

γ衰變+高能短波電磁輻射（即電子波）2α衰變+α衰變的位移定則:子核在元素周期表中的位置左移2格。a衰變：或記為：如衰變3a衰變：衰變3衰變的能量條件衰變方程：能量守恒方程：衰變能：能量條件：4衰變的能量條件4b衰變：又分為b-，b+及電子俘獲三種：b-：如：b+：如：

電子俘獲(EC)：如：衰變5b衰變：又分為b-，b+及電子俘獲三種：5b-衰變b+衰變6b-衰變b+衰變6衰變:核電荷數1，核子數不變。-衰變、+衰變和軌道電子俘獲-衰變的能量條件：7衰變:核電荷數1，核子數不變。-衰變、+氚的-衰變：綱圖規(guī)則：Z小左畫，Z大右畫3H(T=12.33a)-18.6keV(100%)3He8氚的-衰變：3H(T=12.33a)-18.6k+衰變的能量條件：9+衰變的能量條件：913N的+衰變：軌道電子俘獲：13N(T=9.96min)2mec2+1.19(100%)13C1013N的+衰變：13N(T=9.96min)2mec補充內容當WK/c2>MX-MY>WL/c2時，K俘獲不能發(fā)生，而發(fā)生L

俘獲；2mec2>>Wi，+衰變的原子核，總可以發(fā)生電子俘獲；但發(fā)生電子俘獲的原子核不一定發(fā)生+；軌道電子俘獲將伴隨X射線或Auger電子產生；K殼層靠近原子核，所以K俘獲幾率最大；

K俘獲與Z3成正比，Z越大，K俘獲越容易發(fā)生。輕核K俘獲幾率很小，中等核EC俘獲和+衰變同時存在，重核EC俘獲占優(yōu)勢11補充內容當WK/c2>MX-MY>WL/c2時，K俘獲不能g躍遷：表示的“激發(fā)態(tài)”如：12g躍遷：12衰變綱圖64Cu(T=12.7h)-0.573(40%)+0.66(19%)EC1.68(40.4%)EC0.34(0.6%)1.3464Zn64Ni2mec22+1.34MeV0+01+13衰變綱圖64Cu(T=12.7h)-0.573(40%放射性衰變的基本規(guī)律原子核是一個量子體系，核衰變是原子核自發(fā)產生的變化，是一個量子躍遷的過程。核衰變服從量子力學的統(tǒng)計規(guī)律。單一的一個放射性核素的衰變的精確時刻是不可預知的，但足夠多的同種放射性核素的集合體的衰變是有規(guī)律的。設放射性核素數目為N0(t＝0時)，在dt內發(fā)生衰變的數目－dN為：(此式是一統(tǒng)計規(guī)律;λ為衰變常數)它必定正比于當時所存在的核數目N。積分后即得1.衰變定律：14放射性衰變的基本規(guī)律原子核是一個量子體系，核衰變是原子核自2.放射性核素的特征量

1)衰變常數:2)半衰期：放射性核素衰變掉原有核素一半所需的時間.(分子表示單位時間內發(fā)生衰變的核數目,dN代表N的減少量,為負值,故在它前面加一負號)01T2T3T4Tt1.000.500.25N/No衰變1T2T3T4T衰變表示一個核在單位時間內發(fā)生衰變的幾率.152.放射性核素的特征量1)衰變常數:2)半衰期：放射性核素導出要點：在內,發(fā)生衰變的核數為,這些核的壽命為t,則所有核素的總壽命為3)平均壽命：可見τ比半衰期長一點.將上式代入衰變規(guī)律還可得到：于是任一核素的平均壽命為:表示：經過時間τ后,余下的核素數目約為原來的37%.16導出要點：在內,A的單位(1975年規(guī)定)：貝克勒(或貝可)(Bq).1Bq＝1次核衰變/秒.A的輔助單位：居里(Ci);毫居(mCi)、微居(μCi)3.放射性活度A：放射性物質在單位時間內發(fā)生衰變的原子核數.(A也稱“放射性強度”,or“放射率”、“衰變率”)[注意：只描述放射源每秒發(fā)生核衰變的次數,并不表示放射出的粒子數.]導出要點：(即次核衰變/秒)(早期定義：1g在1s內的放射性衰變數.)17A的單位(1975年規(guī)定)：貝克勒(或貝可)(Bq).3.放“倫琴”、“拉德”、“戈瑞”：為放射性物質產生的射線對其它物質的效應大小的單位,它們取決于放射物射線的特性和接受射線的材料的性質.

1倫琴(R)：使1kg空氣中產生的電量的輻射量;1拉德(rad)：1kg受照射物質吸收100爾格的輻射能量;1戈瑞(Gr)：1kg受照射物質吸收1J的輻射能量.A的其它單位4.半衰期的測定

半衰期是放射性核素的手印,測定半衰期是確定放射性核素的重要方法.測出放射性強度A,算出產生A的核素數目N,據A=λN求出λ,求出為保證足夠的計數以降低統(tǒng)計誤差,必須增大N.18“倫琴”、“拉德”、“戈瑞”：1倫琴(R)：使1kg空氣中產檢測放射性的方法蓋革計數器是根據受輻射氣體發(fā)生電離而產生的離子和電子能傳導電流的原理設計的。每個被放大了的電脈沖即代表一次放射性記數

19檢測放射蓋革計數器是根據受輻射氣體發(fā)生電離而產生的離子和電子在自然界存在的放射性核素大多具有多代母子體衰變關系.母體放射性核素經多代子體放射性核素最后衰變生成穩(wěn)定核素.

放射系镎系釷系錒系鈾系20在自然界存在的放射性核素大多具有多代母子體衰變關系.母808590145140135130125ZN釷系（4n）級聯衰變808590145140135130125ZN鈾系（4n+2）級聯衰變808590145140135130125ZN808590145140135130125ZN自然界存在四個天然衰變鏈：釷系、镎系、鈾系、錒系(圖中均為自然界存在的放射過程).21808590145ZN釷系（4n）80808590145140135130125ZN808590145140135130125ZN錒系（4n+3）級聯衰變镎系（4n+1）級聯衰變808590145140135130125ZN22808590145ZN8085.簡單的級聯衰變連續(xù)衰變規(guī)律,以兩代衰變?yōu)槔?A的衰變服從衰變律：B一方面衰變?yōu)镃,一方面又不斷從A處獲得補充，B的衰變規(guī)律與有關：若,當時,這時子核將按母核的衰變規(guī)律衰變。這一個重要結論啟示人們保存短壽命核素的一個方法.

235.簡單的級聯衰變連續(xù)衰變規(guī)律,以兩代衰變放射性鑒年法W.F.Libby(利比)鑒年法的先驅獲1960年度諾貝爾化學獎方法：放射性測定年代法依據：半衰期與反應物的起始濃度無關假定：大氣中、的比值是恒定的宇宙射線中的大量質子與大氣中原子核反應產生許多次級中子，這些次級中子與大氣中的反應而產生而自發(fā)地進行β衰變：由于宇宙射線的質子流、大氣組分相對恒定,故上述次級中子流也相對恒定,使得的產生率保持恒定,經相當時間后產出與衰變達平衡,其數目保持不變.而大氣中的是穩(wěn)定核素.研究表明：24放射性鑒年法W.F.Libby(利比)獲1960年度方埃及一法老古墓發(fā)掘出來的木質遺物樣品中,放射性碳-14的比活度為432Bq·g-1[即s-1·(gC)-1],而地球上活體植物組織相應的比活度則為756Bq·g-1,試計算該古墓建造的年代.例1解:衰變反應是:根據一級反應的速率方程和半衰期公式:lnct()=-kt＋lnc0()T1/2=0.693/k得：k=0.693/t1/2=0.693/5730a=1.21×10-4a-1

t=ln[756Bq·g-1/432Bq·g-1]/(1.21×10-4a-1)=4630a如以上數據系2005年所得，則4630-2005＝2625即該古墓大約是公元前2625年建造的。25埃及一法老古墓發(fā)掘出來的木質遺物樣品中,放射性碳-14的比活解:例2測得古墓100g骸骨碳的衰變率為900/min，求此墓年代。據衰變定律和半衰期公式當前100g骸骨中的數目為N，結論：古墓年代約為公元前2200年墓主死亡時100g骸骨碳中含原子的數目為：26解:例2測得古墓100g骸骨碳的衰變率為900/min，6.同位素生產在2000多種核素中,只有300多種是天然的,其余1600多種均是在反應堆和加速器中靠人工核反應產生的.在其產生的同時即在發(fā)生衰變,設核素的產生率為P,則它的變化率為：

以上的一階非齊次微分方程的解為：可表示為放射性活度：同位素生產圖示01234560.51.0A/Pt/T

顯然,當經過1個T時,A可達到P的50%,經過2個T時,A可達到P的75%…(見左圖).從圖中可知,無論工作時間多長,最大的A不超過P.276.同位素生產在2000多種核素中,只有300多種是天然的α衰變1.α衰變的條件設衰變前母核X靜止,據能量守律有：衰變能則一般用原子質量M表示為：α衰變的條件即2.α衰變能E0及核能級圖據此可用各種能譜儀測定Eα,直接確定衰變能.欲確定未知核素的MX，必先測出Eα和EY,但由于核的質量較大，反沖能很小不易測量。可從動量守恒定律出發(fā)，證明Eα和EY間的關系，以便只測出Eα就能確定MX。由于MX靜止,故有28α衰變1.α衰變的條件設衰變前母核X靜止,據能量守律有：衰因此子核的反沖能:此處用核的質量數之比代替核質量之比,易證明,這樣做的誤差甚微.事實上,在α衰變中,大部分核素放出的α粒子往往有好幾群,每一群粒子有確定的能量.

的α能譜5.45.65.86.06.2相對強度α粒子能譜具有分立的、不連續(xù)的特征。預示著子核有分立的能態(tài).盧瑟福與蓋革在實驗室觀測α粒子29因此子核的反沖能:此處用核的質量數之比代替核質量之比,易證3.α衰變的機制與壽命核力是短程力,而庫侖斥力為長程力.在多質子的核內,核力幾乎不能“補償”質子間的相互排斥,于是要發(fā)生衰變,以減少質子數來增加穩(wěn)定性.事實上,Z＞83的核素都不穩(wěn)定。

α衰變產生的粒子來自核內,核內的α粒子受核力吸引(負勢能),在核外,粒子受到庫侖力的排斥.這樣,在核的表面形成一個勢壘.由于微觀粒子的波動性,能量小的α粒子也有一定的幾率穿過勢壘而從核內逸出(隧道效應).1928年伽莫夫等人指出,α粒子就是因量子隧道效應穿過勢壘跑到核外的.并證明：α粒子每秒穿過勢壘的幾率等于它的衰變常數λ.Rbr0庫侖勢α粒子的勢壘核勢303.α衰變的機制與壽命核力是短程力,而庫侖斥力為長程力

β衰變（核電荷改變而核子數不改變的衰變）β衰變碰到的難題貝克勒發(fā)現放射性后,證明了射線是電子流.隨后的研究表明衰變的能譜是連續(xù)譜,與α粒子的分立截然不同.這使當時科學界面臨兩個難題：1)原子核是個量子體系,核衰變是不同核能態(tài)間的躍遷,釋放的能量應該呈量子化.為什么射線的能譜會是連續(xù)的呢？2)不確定關系不允許核內有電子,那么衰變放出的電子從何而來？早期對β能譜的連續(xù)性很難理解.因原子核的能量呈量子化,從這一點看能譜應當是離散的.此外,人們當時發(fā)現,β衰變還表現出明顯違背能量、動量和角動量守恒律.18161412108642000.20.40.60.81.0強度I/MeV核的β能譜31β衰變（核電荷改變而核子數不改變的衰變）β衰變碰到的難題泡利于1930年解決了第一個難題中微子假說泡利：“只有假定在衰變過程中,伴隨著每一個電子有一個輕的中性粒子(“中微子”)一起被發(fā)射出來,使中微子和電子的能量之和為常數,才能解釋連續(xù)β譜.”換言之,衰變能應在電子、中微子和子核間進行分配,即：由于子核質量遠大于電子質量,故(即電子能量取極大值).因此,電子可取()間的任何能量值.為使β衰變前后電荷、角動量均守恒,中微子的電量必為0,自旋必為一般認為中微子的靜質量為0.后來的研究表明（尚待進一步研究.）泡利的中微子假設引起不少懷疑,但費米不僅接受且用于解決了第二個難題.32泡利于1930年解決了第一個難題中微子泡利：“只有假定在衰

費米解決了第二個難題

費米認為電子和中微子是在衰變中產生的,衰變的本質是核內的一個中子變?yōu)橘|子，衰變和EC的本質是核內的一個質子變?yōu)橹凶?而質子和中子可視為核子的兩個不同狀態(tài),中子與質子的轉變相當于量子態(tài)間的躍遷,在躍遷過程中放出電子和中微子.(它們原本不存在核內,好像光子是原子不同狀態(tài)間的躍遷的產物一樣.區(qū)別在于電磁作用導致產生光子,弱相互作用導致產生電子和中微子.)1934年,費米提出的弱相互作用的衰變理論,并經受了長時期的考驗.中微子假說解決了β衰變的兩大難題,但人們希望從實驗上證實中微子的存在.中微子無電荷無靜質量,與物質的相互作用極其微弱,易穿過物質,因此很難捕捉到它.1930年預言它的存在,1956年才通過實驗探測到它.33費米解決了第二個難題費米認為電子和中微子是在衰變中產生的正電子1928年狄拉克由相對論量子力學預言正電子的存在.1932年安德遜在宇宙線中觀察到正電子.正電子與電子相遇會湮滅而產生一對0.51MeV的γ光子柯恩、萊尼斯的中微子實驗簡介大量來自反應堆的反中微子流投射到含鎘化合物溶液的水槽中,反中微子被水中的質子俘獲,放出一個正電子和一個中子

正電子與電子湮滅而產生一對γ光子.新產生的中子經幾微秒的遷移后被鎘核俘獲,而受激鎘核放出3至4個γ光子回到基態(tài).記錄下來的反應約每小時3次.捕獲中微子含鎘水槽閃爍計數器入射的反中微子34正電子1928年狄拉克由相對論量子力學預言正電子的存在.193.衰變：衰變能：產生衰變的條件：衰變綱圖中,依慣例將Z小的核素畫在左邊例：的衰變綱圖衰變即以從左上方向右下方畫的箭頭表示.圖中β粒子的最大動能為0.0186MeV,此即為衰變能.100%表示經衰變全部衰變到的基態(tài).353.衰變：衰變能：產生衰變的條件：衰變綱圖4.衰變：衰變能：近似地等于放出的正電子的最大動能產生衰變的條件：的衰變綱圖軌道電子俘獲(EC):母核俘獲核外軌道的一個電子使母核中的一個質子轉為中子,過渡到子核同時放出一個中微子.由于K層電子最靠近核,最易被俘獲.從層俘獲電子的衰變能為：發(fā)生EC的條件：364.衰變：衰變能：近似地等于放出的正電子的最大動能與β衰變有關的其它衰變方式1.中微子吸收：本質同β衰變,1956年科范和萊恩斯利用此過程直接證明了中微子的存在.

2.雙衰變：產生一個電子必然產生一個中微子.3.β延遲中子發(fā)射緩中子α衰變較集中于重核;β衰變幾乎遍及整個周期系.012345678

87654321穩(wěn)定線豐中子核素,以衰變向穩(wěn)定線過渡缺中子核素,以衰變向穩(wěn)定線過渡37與β衰變有關的其它衰變方式1.中微子吸收：本質同β衰變,§7γ衰變1.一般性質

原子核發(fā)生α、β衰變時往往衰變到子核的激發(fā)態(tài).處于激發(fā)態(tài)的核不穩(wěn)定,要向低激發(fā)態(tài)躍遷,同時往往放出γ光子,此即γ衰變.例如的衰變.2.501.3302.內轉換電子：核從激發(fā)態(tài)向低能級躍遷時不一定放出γ光子,而是把這部分能量直接交給核外電子而使電子離開原子,此謂內轉換,釋放的電子稱內轉換電子.若光子能量為Eγ(不計核釋放光子后的反沖),i層電子的結合能為Wi,則內轉換電子的能量就是Ee=Eγ-Ei.38§7γ衰變1.一般性質原子核發(fā)生α、β衰變時往往衰變到子顯然,內轉換電子的能譜是分立的.一般地,重核低激發(fā)態(tài)躍遷時發(fā)生內轉換電子的概率較大.內轉換系數α：表示轉換和躍遷相對概率的大小：3.同質異能躍遷(IT)通常,處于激發(fā)態(tài)的原子核壽命短暫,典型值為“同質異能素”:處于亞穩(wěn)態(tài)的壽命較長的激發(fā)態(tài).“同質異能素”的表示：一般在核素左上角質量數旁加“m”.同質異能素39顯然,內轉換電子的能譜是分立的.一般地,重核低激發(fā)態(tài)穆斯堡爾效應(無反沖共振吸收)R.L.Mossbauer德（1929-）人們認為原子核也應有共振吸收現象,它可強烈吸收同類核素發(fā)出的γ射線.然而長期觀察不到此現象,后來知道這是因為原子核發(fā)射和吸收γ光子時要受到反沖的影響,部分能量被反沖核帶走,使γ光子的能量（或說頻率）發(fā)生“漂移”.問題：如何實現γ射線的共振吸收？如：使發(fā)射源以適當的速度運動可補償反沖核損失的能量,但在技術上較困難.解決方案1：采取補償能量損失的方法解決方案2：避免能量損失的方法穆斯堡爾效應：當原子核處于固體晶格中時，遭受反沖的就不是單個原子核，而可能是整塊晶體，這時反沖能原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時所發(fā)射的光子,會被基態(tài)的同種原子吸收,稱為原子的共振吸收（甚強）.（例如，用鈉燈照射鈉蒸汽,后者會強烈地吸收前者發(fā)出的黃光…）1958年發(fā)現穆斯堡爾效應獲1961年度諾貝爾物理學獎40穆斯堡爾效應(無反沖共振吸收)R.L.Mossbauer人經常不斷地學習,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量StudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe寫在最后經常不斷地學習,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量寫感謝聆聽不足之處請大家批評指導PleaseCriticizeAndGuideTheShortcomings結束語講師：XXXXXXXX年XX月XX日

感謝聆聽結束語講師：XXXXXX放射性衰變的基本規(guī)律在迄今為止發(fā)現的2000多種核素中,絕大多數都不穩(wěn)定,會自發(fā)地蛻變?yōu)榱硪环N核素,同時放出各種射線.這種現象稱為放射性衰變.放射性衰變提供原子核內部的信息用于為人類造福放射性衰變過程中,原來的核素(母體)或者變?yōu)榱硪环N核素(子體),或者進入另一種能量狀態(tài)。43放射性衰變的基本規(guī)律在迄今為止發(fā)現的2000多種核素中,絕放射性衰變的類型α衰變+α衰變的位移定則:子核在元素周期表中的位置左移2格。β衰變+（電子）β衰變的位移定則:子核在元素周期表中的位置右移1格。

γ衰變+高能短波電磁輻射（即電子波）44α衰變+α衰變的位移定則:子核在元素周期表中的位置左移2格。a衰變：或記為：如衰變45a衰變：衰變3衰變的能量條件衰變方程：能量守恒方程：衰變能：能量條件：46衰變的能量條件4b衰變：又分為b-，b+及電子俘獲三種：b-：如：b+：如：

電子俘獲(EC)：如：衰變47b衰變：又分為b-，b+及電子俘獲三種：5b-衰變b+衰變48b-衰變b+衰變6衰變:核電荷數1，核子數不變。-衰變、+衰變和軌道電子俘獲-衰變的能量條件：49衰變:核電荷數1，核子數不變。-衰變、+氚的-衰變：綱圖規(guī)則：Z小左畫，Z大右畫3H(T=12.33a)-18.6keV(100%)3He50氚的-衰變：3H(T=12.33a)-18.6k+衰變的能量條件：51+衰變的能量條件：913N的+衰變：軌道電子俘獲：13N(T=9.96min)2mec2+1.19(100%)13C5213N的+衰變：13N(T=9.96min)2mec補充內容當WK/c2>MX-MY>WL/c2時，K俘獲不能發(fā)生，而發(fā)生L

俘獲；2mec2>>Wi，+衰變的原子核，總可以發(fā)生電子俘獲；但發(fā)生電子俘獲的原子核不一定發(fā)生+；軌道電子俘獲將伴隨X射線或Auger電子產生；K殼層靠近原子核，所以K俘獲幾率最大；

K俘獲與Z3成正比，Z越大，K俘獲越容易發(fā)生。輕核K俘獲幾率很小，中等核EC俘獲和+衰變同時存在，重核EC俘獲占優(yōu)勢53補充內容當WK/c2>MX-MY>WL/c2時，K俘獲不能g躍遷：表示的“激發(fā)態(tài)”如：54g躍遷：12衰變綱圖64Cu(T=12.7h)-0.573(40%)+0.66(19%)EC1.68(40.4%)EC0.34(0.6%)1.3464Zn64Ni2mec22+1.34MeV0+01+55衰變綱圖64Cu(T=12.7h)-0.573(40%放射性衰變的基本規(guī)律原子核是一個量子體系，核衰變是原子核自發(fā)產生的變化，是一個量子躍遷的過程。核衰變服從量子力學的統(tǒng)計規(guī)律。單一的一個放射性核素的衰變的精確時刻是不可預知的，但足夠多的同種放射性核素的集合體的衰變是有規(guī)律的。設放射性核素數目為N0(t＝0時)，在dt內發(fā)生衰變的數目－dN為：(此式是一統(tǒng)計規(guī)律;λ為衰變常數)它必定正比于當時所存在的核數目N。積分后即得1.衰變定律：56放射性衰變的基本規(guī)律原子核是一個量子體系，核衰變是原子核自2.放射性核素的特征量

1)衰變常數:2)半衰期：放射性核素衰變掉原有核素一半所需的時間.(分子表示單位時間內發(fā)生衰變的核數目,dN代表N的減少量,為負值,故在它前面加一負號)01T2T3T4Tt1.000.500.25N/No衰變1T2T3T4T衰變表示一個核在單位時間內發(fā)生衰變的幾率.572.放射性核素的特征量1)衰變常數:2)半衰期：放射性核素導出要點：在內,發(fā)生衰變的核數為,這些核的壽命為t,則所有核素的總壽命為3)平均壽命：可見τ比半衰期長一點.將上式代入衰變規(guī)律還可得到：于是任一核素的平均壽命為:表示：經過時間τ后,余下的核素數目約為原來的37%.58導出要點：在內,A的單位(1975年規(guī)定)：貝克勒(或貝可)(Bq).1Bq＝1次核衰變/秒.A的輔助單位：居里(Ci);毫居(mCi)、微居(μCi)3.放射性活度A：放射性物質在單位時間內發(fā)生衰變的原子核數.(A也稱“放射性強度”,or“放射率”、“衰變率”)[注意：只描述放射源每秒發(fā)生核衰變的次數,并不表示放射出的粒子數.]導出要點：(即次核衰變/秒)(早期定義：1g在1s內的放射性衰變數.)59A的單位(1975年規(guī)定)：貝克勒(或貝可)(Bq).3.放“倫琴”、“拉德”、“戈瑞”：為放射性物質產生的射線對其它物質的效應大小的單位,它們取決于放射物射線的特性和接受射線的材料的性質.

1倫琴(R)：使1kg空氣中產生的電量的輻射量;1拉德(rad)：1kg受照射物質吸收100爾格的輻射能量;1戈瑞(Gr)：1kg受照射物質吸收1J的輻射能量.A的其它單位4.半衰期的測定

半衰期是放射性核素的手印,測定半衰期是確定放射性核素的重要方法.測出放射性強度A,算出產生A的核素數目N,據A=λN求出λ,求出為保證足夠的計數以降低統(tǒng)計誤差,必須增大N.60“倫琴”、“拉德”、“戈瑞”：1倫琴(R)：使1kg空氣中產檢測放射性的方法蓋革計數器是根據受輻射氣體發(fā)生電離而產生的離子和電子能傳導電流的原理設計的。每個被放大了的電脈沖即代表一次放射性記數

61檢測放射蓋革計數器是根據受輻射氣體發(fā)生電離而產生的離子和電子在自然界存在的放射性核素大多具有多代母子體衰變關系.母體放射性核素經多代子體放射性核素最后衰變生成穩(wěn)定核素.

放射系镎系釷系錒系鈾系62在自然界存在的放射性核素大多具有多代母子體衰變關系.母808590145140135130125ZN釷系（4n）級聯衰變808590145140135130125ZN鈾系（4n+2）級聯衰變808590145140135130125ZN808590145140135130125ZN自然界存在四個天然衰變鏈：釷系、镎系、鈾系、錒系(圖中均為自然界存在的放射過程).63808590145ZN釷系（4n）80808590145140135130125ZN808590145140135130125ZN錒系（4n+3）級聯衰變镎系（4n+1）級聯衰變808590145140135130125ZN64808590145ZN8085.簡單的級聯衰變連續(xù)衰變規(guī)律,以兩代衰變?yōu)槔?A的衰變服從衰變律：B一方面衰變?yōu)镃,一方面又不斷從A處獲得補充，B的衰變規(guī)律與有關：若,當時,這時子核將按母核的衰變規(guī)律衰變。這一個重要結論啟示人們保存短壽命核素的一個方法.

655.簡單的級聯衰變連續(xù)衰變規(guī)律,以兩代衰變放射性鑒年法W.F.Libby(利比)鑒年法的先驅獲1960年度諾貝爾化學獎方法：放射性測定年代法依據：半衰期與反應物的起始濃度無關假定：大氣中、的比值是恒定的宇宙射線中的大量質子與大氣中原子核反應產生許多次級中子，這些次級中子與大氣中的反應而產生而自發(fā)地進行β衰變：由于宇宙射線的質子流、大氣組分相對恒定,故上述次級中子流也相對恒定,使得的產生率保持恒定,經相當時間后產出與衰變達平衡,其數目保持不變.而大氣中的是穩(wěn)定核素.研究表明：66放射性鑒年法W.F.Libby(利比)獲1960年度方埃及一法老古墓發(fā)掘出來的木質遺物樣品中,放射性碳-14的比活度為432Bq·g-1[即s-1·(gC)-1],而地球上活體植物組織相應的比活度則為756Bq·g-1,試計算該古墓建造的年代.例1解:衰變反應是:根據一級反應的速率方程和半衰期公式:lnct()=-kt＋lnc0()T1/2=0.693/k得：k=0.693/t1/2=0.693/5730a=1.21×10-4a-1

t=ln[756Bq·g-1/432Bq·g-1]/(1.21×10-4a-1)=4630a如以上數據系2005年所得，則4630-2005＝2625即該古墓大約是公元前2625年建造的。67埃及一法老古墓發(fā)掘出來的木質遺物樣品中,放射性碳-14的比活解:例2測得古墓100g骸骨碳的衰變率為900/min，求此墓年代。據衰變定律和半衰期公式當前100g骸骨中的數目為N，結論：古墓年代約為公元前2200年墓主死亡時100g骸骨碳中含原子的數目為：68解:例2測得古墓100g骸骨碳的衰變率為900/min，6.同位素生產在2000多種核素中,只有300多種是天然的,其余1600多種均是在反應堆和加速器中靠人工核反應產生的.在其產生的同時即在發(fā)生衰變,設核素的產生率為P,則它的變化率為：

以上的一階非齊次微分方程的解為：可表示為放射性活度：同位素生產圖示01234560.51.0A/Pt/T

顯然,當經過1個T時,A可達到P的50%,經過2個T時,A可達到P的75%…(見左圖).從圖中可知,無論工作時間多長,最大的A不超過P.696.同位素生產在2000多種核素中,只有300多種是天然的α衰變1.α衰變的條件設衰變前母核X靜止,據能量守律有：衰變能則一般用原子質量M表示為：α衰變的條件即2.α衰變能E0及核能級圖據此可用各種能譜儀測定Eα,直接確定衰變能.欲確定未知核素的MX，必先測出Eα和EY,但由于核的質量較大，反沖能很小不易測量。可從動量守恒定律出發(fā)，證明Eα和EY間的關系，以便只測出Eα就能確定MX。由于MX靜止,故有70α衰變1.α衰變的條件設衰變前母核X靜止,據能量守律有：衰因此子核的反沖能:此處用核的質量數之比代替核質量之比,易證明,這樣做的誤差甚微.事實上,在α衰變中,大部分核素放出的α粒子往往有好幾群,每一群粒子有確定的能量.

的α能譜5.45.65.86.06.2相對強度α粒子能譜具有分立的、不連續(xù)的特征。預示著子核有分立的能態(tài).盧瑟福與蓋革在實驗室觀測α粒子71因此子核的反沖能:此處用核的質量數之比代替核質量之比,易證3.α衰變的機制與壽命核力是短程力,而庫侖斥力為長程力.在多質子的核內,核力幾乎不能“補償”質子間的相互排斥,于是要發(fā)生衰變,以減少質子數來增加穩(wěn)定性.事實上,Z＞83的核素都不穩(wěn)定。

α衰變產生的粒子來自核內,核內的α粒子受核力吸引(負勢能),在核外,粒子受到庫侖力的排斥.這樣,在核的表面形成一個勢壘.由于微觀粒子的波動性,能量小的α粒子也有一定的幾率穿過勢壘而從核內逸出(隧道效應).1928年伽莫夫等人指出,α粒子就是因量子隧道效應穿過勢壘跑到核外的.并證明：α粒子每秒穿過勢壘的幾率等于它的衰變常數λ.Rbr0庫侖勢α粒子的勢壘核勢723.α衰變的機制與壽命核力是短程力,而庫侖斥力為長程力

β衰變（核電荷改變而核子數不改變的衰變）β衰變碰到的難題貝克勒發(fā)現放射性后,證明了射線是電子流.隨后的研究表明衰變的能譜是連續(xù)譜,與α粒子的分立截然不同.這使當時科學界面臨兩個難題：1)原子核是個量子體系,核衰變是不同核能態(tài)間的躍遷,釋放的能量應該呈量子化.為什么射線的能譜會是連續(xù)的呢？2)不確定關系不允許核內有電子,那么衰變放出的電子從何而來？早期對β能譜的連續(xù)性很難理解.因原子核的能量呈量子化,從這一點看能譜應當是離散的.此外,人們當時發(fā)現,β衰變還表現出明顯違背能量、動量和角動量守恒律.18161412108642000.20.40.60.81.0強度I/MeV核的β能譜73β衰變（核電荷改變而核子數不改變的衰變）β衰變碰到的難題泡利于1930年解決了第一個難題中微子假說泡利：“只有假定在衰變過程中,伴隨著每一個電子有一個輕的中性粒子(“中微子”)一起被發(fā)射出來,使中微子和電子的能量之和為常數,才能解釋連續(xù)β譜.”換言之,衰變能應在電子、中微子和子核間進行分配,即：由于子核質量遠大于電子質量,故(即電子能量取極大值).因此,電子可取()間的任何能量值.為使β衰變前后電荷、角動量均守恒,中微子的電量必為0,自旋必為一般認為中微子的靜質量為0.后來的研究表明（尚待進一步研究.）泡利的中微子假設引起不少懷疑,但費米不僅接受且用于解決了第二個難題.74泡利于1930年解決了第一個難題中微子泡利：“只有假定在衰

費米解決了第二個難題

費米認為電子和中微子是在衰變中產生的,衰變的本質是核內的一個中子變?yōu)橘|子，衰變和EC的本質是核內的一個質子變?yōu)橹凶?而質子和中子可視為核子的兩個不同狀態(tài),中子與質子的轉變相當于量子態(tài)間的躍遷,在躍遷過程中放出電子和中微子.(它們原本不存在核內,好像光子是原子不同狀態(tài)間的躍遷的產物一樣.區(qū)別在于電磁作用導致產生光子,弱相互作用導致產生電子和中微子.)1934年,費米提出的弱相互作用的衰變理論,并經受了長時期的考驗.中微子假說解決了β衰變的兩大難題,但人們希望從實驗上證實中微子的存在.中微子無電荷無靜質量,與物質的相互作用極其微弱,易穿過物質,因此很難捕捉到它.1930年預言它的存在,1956年才通過實驗探測到它.75費米解決了第二個難題費米認為電子和中微子是在衰變中產生的正電子1928年狄拉克由相對論量子力學預言正電子的存在.1932年安德遜在宇宙線中觀察到正電子.正電子與電子相遇會湮滅而產生一對0.51MeV的γ光子柯恩、萊尼斯的中微子實驗簡介大量來自反應堆的反中微子流投射到含鎘化合物溶液的水槽中,反中微子被水中的質子俘獲,放出一個正電子和一個中子

正電子與電子湮滅而產生一對γ光子.新產生的中子經幾微秒的遷移后被鎘核俘獲,而受激鎘核放出3至4個γ光子回到基態(tài).記錄下來的反應約每小時3次.捕獲中微子含鎘水槽閃爍計數器入射的反中微子76正電子1928年狄拉克由相對論量子力學預言正電子的存在.193.衰變：衰