原子核的衰变2_精品文档.ppt

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,3.2衰变,衰变：

核电荷数改变而核子数不变的自发核衰变过程.,放射性核素遍及整个元素周期表,衰变发射粒子能量在几十KeV几MeV,衰变半衰期范围为，10-3s1024a,衰变基本特点：

衰变主要包括-衰变、+衰变和轨道电子俘获三种形式。

1、衰变与中微子理论,谱是连续的,AlphaDecay,BetaDecay,20世纪20年代末的物理学危机.,1、连续能谱与量子体系及能量守恒定律的矛盾？

2、既然核中无电子，那么衰变出的电子从哪里来？

难题1：

如何解决连续能谱与量子体系的矛盾？

假设1：

子核有很多能级，以至于母核到子核衰变的能谱连续？

要求相应要有连续的能谱，与实验矛盾。

假设2：

发射单能粒子，随后与轨道电子作用损失能量？

要求相应所有电子总能量都等于最大能量，与实验矛盾。

Pauli的假设,1930年12月4号，在一封信中,Pauli暗示b衰变能谱可以通过在衰变中除了b粒子，还发射出一个中性粒子，该粒子自旋为1/2，质量很小，与其他物质作用截面很小来解释。

他称这种粒子为neutron.这个假设挽救了能量、动量和角动量守恒定律。

Pauli直到1933年才正式宣布他的假说,这时Chadwick发现neutron已经一年了，这个neutron和Pauli当时预言的有很大不同.1934年，EnricoFermi用Pauli的假说建立了他的b衰变的量子理论，并给Pauli假设的粒子命名为neutrino.随后几年证明，Fermi理论是对b衰变实验非常成功的解释.,新问题是Pauli预言的粒子存在吗？

1956年，赖因斯和考恩发现反中微子。

1952年，戴维斯在王淦昌的建议下发现中微子存在的间接证据。

1968年，戴维斯发现中微子。

中微子基本性质：

（1）电荷为零。

（2）自旋为1/2,遵从费米统计。

（3）质量0,质量上限不超过7.3eV。

（4）磁矩非常小，上限不超过106N。

（5）与物质的相互作用非常弱，属弱相互作用，作用截面1043cm2，通常物质的原子密度n1022cm3，平均自由程l为：

中微子和反中微子：

互为反粒子，有相同的质量、电荷、自旋、磁矩。

差别：

1.自旋方向不同；中微子自旋方向与运动方向相反，左旋粒子；反中微子自旋方向与运动方向相同，右旋粒子。

2.相互作用性质不同。

难题2：

解决衰变中电子的来源问题？

Fermi的衰变理论（1934）：

中子和质子是核子的两个不同状态，它们之间的转变相当于两个量子态之间的跃迁，在跃迁过程中放出电子和中微子，它们事先并不存在于核内。

衰变的本质是核内一个中子变为质子，和EC的本质是一个质子变为中子，导致产生电子和中微子的是弱相互作用。

：

：

EC：

2、衰变,表达式：

母核X衰变为子核Y、一个电子和一个反中微子.核中一个中子变为了质子。

衰变前，母核X静止，根据能量守恒定律：

定义：

-衰变能E0为反中微子和粒子的动能之和，也就是衰变前后静止质量之差。

即：

有,或,衰变发生的条件：

衰变前母核原子质量必须大于衰变后子核原子质量。

电荷数分别为Z和Z1的同量异位素，只要前者的原子质量大于后者，就能发生-衰变。

14C的衰变纲图：

3、衰变,表达式：

母核X衰变为子核Y、一个正电子和一个中微子.核中一个质子变为了中子。

衰变前，母核X静止，根据能量守恒定律：

衰变能：

或：

衰变发生的条件：

4、EC（轨道电子俘获）,表达式,母核俘获核外轨道上的一个电子，使母核中的一个质子转变为一个中子，同时放出一个中微子。

K电子俘获最容易发生。

EC衰变能：

或：

EC衰变发生的条件：

由于：

所以，能发生衰变的原子核总可以发生轨道电子俘获，反过来不成立。

EC衰变的后续过程：

特征X射线；,俄歇电子。

衰变,衰变,EC（轨道电子俘获）,中子和质子是核子的两个不同状态，它们之间的转变相当于两个量子态之间的跃迁。

5、衰变的费米理论,核子在两个量子态跃迁过程中放出电子和中微子，电子和中微子事先并不存在于核内。

导致产生电子和中微子的是电子、中微子场与原子核的弱相互作用。

（1）、费米理论的三点基本思想：

（2）、费米理论之衰变概率公式：

跃迁矩阵元：

跃迁矩阵元中的指数部分展开成级数：

将平面波按轻子轨道角动量展开为球面波：

根据级数主要贡献项，可以将跃迁进行分类,（a）、衰变的跃迁分类,允许跃迁：

l=0的项有贡献。

禁戒跃迁：

l=0的项无贡献。

一级禁戒跃迁：

l=1的项有贡献。

二级禁戒跃迁：

l=2的项有贡献，l=1无贡献。

三级禁戒跃迁：

l=3的项有贡献，l=1,2无贡献。

（b）、衰变的选择定则,6、谱的形状和居里描绘,令：

粒子的动量分布（讲义图3-11）,近似抛物线,考虑核库仑场对发射粒子的影响,引入：

库仑改正因子,谱的居里描绘,不考虑F时,考虑了F时，就应该是直线了。

59Fe的谱的居里描绘,衰变常数和比较半衰期,内发射所有粒子的总概率。

即：

衰变常数。

单位时间内发射动量为到,之间的粒子的概率，将从0,到积分，就可以得到单位时间,即：

引入：

费米积分,当：

，并取时,萨金特定律,衰变的半衰期与粒子的最大能量之间存在很强的依赖关系。

同一类型的跃迁，由于衰变能的不同，T1/2可以差别很大。

比较半衰期定义为：

衰变有关的其他衰变方式,1、中微子吸收,2、双衰变,3、延迟中子发射,