放射性衰變基本規(guī)律

關(guān)于放射性衰變基本規(guī)律第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律核衰變原子核是一個量子體系，核衰變是一個量子躍遷過程。對一個特定的放射性核素，其衰變的精確時(shí)間是無法預(yù)測的；但對足夠多的放射性核素的集合，其衰變規(guī)律是確定的，并服從量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律指數(shù)衰變律

l衰變常數(shù)：一個原子核在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的幾率衰變常數(shù)與外界條件（溫度、壓力、磁場等）幾乎無關(guān)第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律半衰期60Co的半衰期為5.27a;238U的半衰期為4.5109a第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律平均壽命平均壽命表示：經(jīng)過時(shí)間以后，剩下的核素?cái)?shù)目為初始核素?cái)?shù)目的37%高速粒子：第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律放射性強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)發(fā)生衰變的原子核數(shù)放射性強(qiáng)度單位：1居里（Ci）=3.71010次核衰變/秒

1毫居=0.001居里，1微居=0.001毫居

1貝克勒（Bq）=1次核衰變/秒1g226Ra的放射性強(qiáng)度近似為1居里第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律射線的物質(zhì)效應(yīng)：射線對物質(zhì)的效應(yīng)不僅取決于放射性物質(zhì)本身的強(qiáng)弱，還取決于所釋放的射線的特性及接受射線的材料的性質(zhì)。物質(zhì)效應(yīng)單位：1倫琴（R）=使1kg空氣中產(chǎn)生2.5810-4庫侖電量的輻射量

1拉德（rad）=1g受輻照物質(zhì)吸收100erg的輻射能量

1戈瑞（Gr）=1kg受輻照物質(zhì)吸收1J的輻射能量

比放射性：A’=A/m(單位質(zhì)量的放射性強(qiáng)度）第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律半衰期測量斜率法：中等壽命的放射性元素直接法：長壽命的放射性元素平衡關(guān)系測量法：短壽命的放射性元素第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律級聯(lián)衰變規(guī)律放射系A(chǔ)=4nA=4n+2釷系鈾系第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律錒系镎系A(chǔ)=4n+3A=4n+1第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律級聯(lián)衰變公式對于簡單的級聯(lián)衰變：ABC第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律放射性平衡久期平衡：A<<B,TA>>TB壽命測量短壽命核素的保存：母體+子體第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律暫時(shí)平衡（準(zhǔn)平衡）：A<B,TA>TB第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日放射性衰變基本規(guī)律同位素生產(chǎn)同位素生產(chǎn)量：放射性強(qiáng)度：第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變衰變的能量條件衰變方程：能量守恒方程：衰變能：能量條件：第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變動量守恒條件：第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變衰變的經(jīng)驗(yàn)定律Geiger-Buttall關(guān)系：改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)定律：第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變衰變的基本理論遂穿幾率：改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)定律第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變在E<<EB的一級近似下，對于粒子有粒子的遂穿頻率：第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變衰變的能級圖第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變衰變分支比分支比：不同能級衰變強(qiáng)度所占的百分比。分衰變常數(shù)：第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變衰變:核電荷數(shù)1，核子數(shù)不變。-衰變、+衰變和軌道電子俘獲-衰變的能量條件：第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變氚的-衰變：綱圖規(guī)則：Z小左畫，Z大右畫3H(T=12.33a)-18.6keV(100%)3He第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變+衰變的能量條件：第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變13N的+衰變：軌道電子俘獲：13N(T=9.96min)2mec2+1.19(100%)13C第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變當(dāng)WK/c2>MX-MY>WL/c2時(shí)，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(chǎn)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(shí)存在，重核EC俘獲占優(yōu)勢第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變64Cu(T=12.7h)-0.573(40%)+0.66(19%)EC1.68(40.4%)EC0.34(0.6%)1.3464Zn64Ni2mec2第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變中微子假說-衰變的能量譜是連續(xù)的，而原子核是量子體系；測不準(zhǔn)關(guān)系不允許核內(nèi)有電子，-衰變過程中的電子是如何產(chǎn)生的？-衰變過程中的能量守恒關(guān)系是如何滿足的？NEmE第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變1930年P(guān)auli指出：“只有假定在-衰變過程中，伴隨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和為常數(shù)，才能解釋連續(xù)譜?！崩纾旱谌?，共五十一頁，2022年，8月28日衰變能量守恒：中微子和電子的能量和為常數(shù)電荷守恒：中微子的電荷為0角動量守恒：中微子的自旋為1/2伴隨電子產(chǎn)生的中微子：ve子衰變產(chǎn)生的中微子：v重輕子子衰變產(chǎn)生的中微子：v中微子的質(zhì)量：mv<10eV第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變-衰變的費(fèi)米理論費(fèi)米認(rèn)為：正像光子是原子不同狀態(tài)之間躍遷的產(chǎn)物，中微子是原子核中質(zhì)子和中子之間轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的。導(dǎo)致光子產(chǎn)生的是電磁相互作用，而導(dǎo)致中微子產(chǎn)生的是弱相互作用。-衰變概率公式：中微子被質(zhì)子的俘獲截面：（1.100.26)10-43cm2第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變-衰變的躍遷規(guī)則根據(jù)-衰變的費(fèi)米理論：電子和中微子的平面波近似：第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變分波展開：第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變-衰變的分類：

l=0項(xiàng)有貢獻(xiàn),允許躍遷

l=n-1項(xiàng)沒有貢獻(xiàn)，l=n項(xiàng)有貢獻(xiàn),n級禁戒躍遷選擇定則：有母核和子核的自旋和宇稱及躍遷類型所決定第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變一般性質(zhì)當(dāng)原子核發(fā)生衰變和衰變時(shí)，衰變后的子核往往處于激發(fā)態(tài)，衰變就是退激發(fā)躍遷過程所導(dǎo)致的能量釋放。一般而言，核的衰變數(shù)不等于所釋放出的射線數(shù)。60Co(T=5.27a)-0.309MeV(100%)1.33MeV2.50MeV012第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變躍遷幾率：單質(zhì)子模型電躍遷：核中電荷分布的貢獻(xiàn)磁躍遷：核中電荷運(yùn)動和核磁距的貢獻(xiàn)多極輻射的極次由2L決定，如：L=1為偶極輻射，L=2為四極輻射等。第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變電躍遷與磁躍遷的比較：不同極次躍遷的比較：電躍遷快于磁躍遷；輻射的極次越低，躍遷越快。第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變選擇定則角動量守恒：宇稱守恒：選擇定則表：第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變內(nèi)轉(zhuǎn)換電子：退激發(fā)躍遷的能量釋放直接轉(zhuǎn)換為原子核外電子的動能，從而導(dǎo)致內(nèi)殼層電子的發(fā)射。能量守恒：內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)：發(fā)射內(nèi)轉(zhuǎn)換電子時(shí)，原子核的自旋和宇稱的變化為0+。第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日衰變同質(zhì)異能素：具有較長壽命（>0.1s)的激發(fā)態(tài)核素（AmX）同質(zhì)異能素發(fā)生的躍遷（或內(nèi)轉(zhuǎn)換）稱為同質(zhì)異能躍遷(IT)同質(zhì)異能素可以直接發(fā)生衰變和衰變。113Sn(T=118d)EC(1.8%)EC(98.2%)0.253MeV0.393MeV(65%)IC(35%)113mIn(T=104min)113In第四十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日穆斯堡爾效應(yīng)共振吸收：當(dāng)用鈉的D線激發(fā)處于基態(tài)的鈉原子時(shí)，由于D線的能量與鈉基態(tài)原子躍遷所需要的能量幾乎相等，所以將導(dǎo)致共振吸收。能級寬度=

10-8eV因光子發(fā)射所導(dǎo)致的光子譜線位移E=10-11eV(動量守恒和能量守恒要求原子反向運(yùn)動的反沖能）10-8eV10-11eVhvER第四十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日穆斯堡爾效應(yīng)核反沖對共振吸收的影響能量守恒：動量守恒：能級寬度：57Fe:ER=210-3eV,=4.710-9eV10-9eV10-3eV第四十七頁，共五十一頁，