人教版高中物理选修【3-5】《放射性元素的衰变》ppt课件.ppt

原子核衰变,放射性衰变的基本规律 衰变 衰变 衰变穆斯堡尔效应,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。,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,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,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：,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,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）,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,放射性衰变基本规律,级联衰变规律放射系,A= 4n,A= 4n+2,钍系,铀系,放射性衰变基本规律,锕系,镎系,A= 4n+3,A= 4n+1,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,放射性衰变基本规律,放射性衰变基本规律,放射性衰变基本规律,放射性平衡久期平衡：A>TB寿命测量短寿命核素的保存：母体+子体,放射性衰变基本规律,暂时平衡（准平衡）：ATB,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：, 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：, 衰变,动量守恒条件：, 衰变, 衰变的经验定律Geiger-Buttall 关系：改进的经验定律：, 衰变, 衰变的基本理论遂穿几率：改进的经验定律, 衰变,在E<<EB的一级近似下，对于粒子有粒子的遂穿频率：, 衰变, 衰变, 衰变的能级图, 衰变, 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：, 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：, 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, 衰变, +衰变的能量条件：, 衰变,13N的 +衰变：轨道电子俘获：,13N (T=9.96min),2mec2, +1.19(100%),13C, 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, 衰变,64Cu (T=12.7h), -0.573(40%), +0.66(19%),EC1.68(40.4%),EC0.34(0.6%), 1.34,64Zn,64Ni,2mec2, 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？,N,E m,E, 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：, 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, 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, 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：, 衰变,分波展开：, 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, 衰变, 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%),1.33MeV,2.50MeV,0,1,2, 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。, 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。, 衰变,选择定则角动量守恒：宇称守恒：选择定则表：, 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+。, 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%),0.253MeV ,0.393MeV (65%) IC(35%),113mIn(T=104min),113In,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）,10-8eV,10-11eV,hv,ER,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, =4.710-9eV,10-9eV,10-3eV,穆斯堡尔效应,穆斯堡尔效应：无反冲共振吸收能量守恒：动量守恒：穆斯堡尔1961年获诺贝尔奖,穆斯堡尔效应,穆斯堡尔效应的应用多普勒位移：测定重力红移在距地球表面20米处的频率变化为210-15,v,穆斯堡尔效应,测量核能级的精细结构分裂,