浅析电磁场中原子核衰变问题
浅析电磁场中原子核衰变问题
若静止的原子核在匀强电场中衰变时, 所释放
的粒子和反冲核的速度与电场垂直, 则粒子和
反冲核在仅受与初速度垂直的电场力作用下
做类平抛运动而发生偏转, 其规律如下:
若反冲核、粒子在垂直电场的方向上发生
相同的位移 x , 在电场力方向上的侧位移为 y
时, y =
%q 2m
t2
=
%q 2m
(
x v
)2=
E
x 2m 2p 2
q.
考虑 到衰 变
过程中动量守恒, 即反冲核和粒子的动量大小
相 等、方向 相反, 因 而 y∝ m q, 轨 迹如 图 4 所 示. 若反冲核、粒子经过相同的时间 t, 在电场
力方向上的侧位移为 y , 由 y =
Eq 2m
t
2
得
y∝
q m
,
轨迹如图 5 所示.
·13·
的公式可知, 旋转半径 r=
力) 在电场中偏转
图6
时, 在竖 直方 向 上
做匀速直线运动, 水平方向上做初速度为零的
匀加速直线运动, 则在相等的时间 t 内, v1 t =
b, 4 b=
E q1 2m 1
t2,
v
2
t=
a,
2a =
Eq 2m
2 2
t
2.
考虑到碳核在
衰变过程中系统动量守恒, 即 0= m 1v1 + m 2v2 ,
m v= qB
p qB
,
r∝
1,周 q
期
T=
2Πm , qB
T∝
m q
.
因而,
原子核在匀强磁场
中衰变后的运动规律如下:
图 4 图 5
原子核的衰变2
M X Z , A MY Z 1, A
＋衰变
表达式
衰变能
A Z
X
A Z 1
Y e e
2
Q E0 ( ) ( Z , A) ( Z 1, A) 2me c
发生条件 Q 0, 即M X MY 2me
EC(轨道电子俘获)
E0 ( ) 0
M X Z , A MY Z 1, A 2me
电荷数分别为 Z 和 Z－1 的同量异位 素，前者的原子质量比后者的大两倍电 子质量，才能发生＋衰变。
4、EC(轨道电子俘获)
表达式
A Z
X e
A Z 1
Y e
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。
2 2 2
衰变前 静止质量
衰变后
衰变后
动能
静止质量
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。
2 即： E0 T T c ~ [mX (mY me )]
衰变前后静止质量的质量亏损 以原子质量 M 代替核质量 m ，并忽略电子结合能
(2)、费米理论之 衰变概率公式：
I p dp
g M ij 2 c
3
2
2
7 3
E
0
E
2
p dp
r
2
跃迁矩阵元：
M ij N i e
* Nf
i p p
d
N i e
* Nf
i k k r
原子核衰变放射性衰减规律解释
原子核衰变放射性衰减规律解释放射性衰变是指放射性物质由于原子核内部发生变化而释放出射线的过程。
在这个过程中，原子核可以发生α衰变、β衰变和γ衰变等不同类型的衰变。
放射性衰变的规律是基于核物理的研究，深入理解这一规律对于核能应用、医疗诊断和放射治疗等领域具有重要意义。
首先，我们来探讨α衰变。
α衰变是指放射性核素中，原子核从一个放射性同位素向另一个不同同位素转变的过程。
在α衰变中，原子核会释放出一个α粒子。
α粒子由两个质子和两个中子组成，其带电量为+2，质量数为4。
α衰变常见于重核素，如铀、锕、镎等。
衰变时，原子核的质量数减少4个单位，原子序数减少2个单位，因此衰变后的新核素比衰变前的核素质量更小、原子序更小。
接下来，我们来解释β衰变。
β衰变是指放射性核素中，原子核中的中子或质子转变为一个在核外的新粒子的过程。
β衰变又可分为β+衰变和β-衰变两种类型。
在β+衰变中，原子核中的一个质子转变为一个正电子和一个中子，与此同时，还会释放出一个新粒子——轻子中微子。
在β-衰变中，原子核中的一个中子转变为一个电子和一个质子，同样伴随着轻子中微子的释放。
β衰变可以导致原子核的质量数保持不变，但原子序数增加或减少一个单位。
最后，我们来讨论γ衰变。
γ衰变是指原子核由高激发态向低激发态或基态跃迁时释放出γ射线的过程。
γ射线是电磁辐射的一种，具有波长极短、能量极高的特点。
相对于α衰变和β衰变，γ衰变并不改变原子核的质量数和原子序数，而只是释放能量的形式之一。
放射性衰变规律的解释可以通过核物理学中的半衰期概念来帮助理解。
半衰期是指放射性核素衰变至原来数量的一半所需的时间。
通过严格的数学推导，可以得到半衰期公式：\[N(t) = N_0 \cdot 2^{-\frac{t}{T_{\frac{1}{2}}}}\]其中，\[N(t)\]表示时间\[t\]后剩余的原子核数，\[N_0\]表示初始时的原子核数，\[T_{\frac{1}{2}}\]表示半衰期。
原子核 衰变
原子核衰变
原子核是构成物质的基本单位之一，它由质子和中子组成。
原子核的
稳定性取决于其中质子和中子的比例，如果比例不合适，原子核就会
发生衰变。
衰变是指原子核中的粒子发生变化，从而导致原子核的性质发生改变。
衰变可以分为三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变是指原子核中的α粒子（即氦核，由两个质子和两个中子组成）从原子核中发射出去的过程。
α衰变会导致原子核的质量数减少4，原子序数减少2。
例如，铀238衰变成钍234。
β衰变是指原子核中的β粒子（即电子或正电子）从原子核中发射出
去的过程。
β衰变会导致原子核的质量数不变，但原子序数增加1或
减少1。
例如，碳14衰变成氮14。
γ衰变是指原子核中的γ射线从原子核中发射出去的过程。
γ衰变不会改变原子核的质量数和原子序数，但会释放出高能光子。
γ射线是电磁波的一种，具有很强的穿透力，可以穿透很厚的物质。
衰变是一种自然现象，它在地球上的许多过程中都起着重要的作用。
例如，放射性同位素的衰变可以用于测定岩石和化石的年龄，还可以用于医学诊断和治疗。
总之，原子核的衰变是一种重要的物理现象，它对我们的生活和科学研究都有着重要的影响。
通过研究原子核的衰变，我们可以更好地理解自然界的规律，为人类的发展和进步做出更大的贡献。
原子核衰变
4.半衰期的测定 半衰期的测定
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 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 的重要方法. 的重要方法 测出放射性强度A,算出产生 算出产生A的 测出放射性强度 算出产生 的 T = ln 2 核素数目N,据 求出λ 核素数目 据A=λN求出 ,求出 求出 求出 λ 为保证足够的计数以降低统计误差,必须增大 为保证足够的计数以降低统计误差 必须增大N. 必须增大
11
γ跃迁： A A * 核表示 Z 核的“激发态” Z Dy → Dy +1.2M eV 如：
A Z
152 * 152 66 66
* 核 →A 核+ hν Z
12
衰变纲图
64Cu
(T=12.7h) 2mec2
1
+
EC0.34(0.6%)
2 1.34MeV
+
β -0.573(40%)
+α
2 2
能量守恒方程： m
X
c = m Y c + mα c + E a + E r
2
E 0 ≡ E a + E r = [ m X − ( m Y + mα )]c 2
α 衰变能：
= [ M X − ( M Y + M He )]c 2
能量条件： M ( Z , A ) > M ( Z − 2, A − 4 ) + M X Y He
α衰变的位移定则:子核在元素 衰变的位移定则: 周期表中的位置左移2 周期表中的位置左移2格。
β衰变
210 83
Bi
210 84
0 电子） Po + -1e （电子）
原子核的三种主要衰变特性及其比较
----- . -zj资料- 分类号：TQ242．3单位代码：XXXX密级：一般学号：XXXXX本科毕业论文（设计）题目：原子核的三种主要衰变特性及其比较专业：物理学姓名：XX指导教师：XX职称：教授答辩日期：二0一五年六月十四日原子核的三种主要衰变特性及其比较摘要：物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。
是一门以实验研究为基础的自然学科。
核物理学又称原子核物理学，是20世纪新建立的一个物理学分支。
它是一门既有深刻理论意义，又有重大实践意义的学科。
核物理与核技术已经成为当今世界上最有生命力、发展最为迅速、影响力最大、成果最多的学科之一。
所以说，对于原子核物理的认识也就必不可少了。
然而对于原子核物理的了解，最重要的手段就是对原子核衰变的研究。
原子核的衰变是极其复杂的，为了更好的认识原子核，加深对原子核衰变的理解，我们对原子核的三种主要衰变特性进行比较。
关键词：原子核三种衰变比较Abstract: Subject matter physics is the study of the most general laws of motion and the basic structure of matter. Is a research-based experimental natural sciences. Nuclear physics, nuclear physics, also known, is a branch of physics newly established 20th century. It is both a profound theoretical significance and great practical significance of the subjects. Nuclear physics and nuclear technology has become the world's most vital, the fastest growing, most influential, one of the largest achievement disciplines. So, for the understanding of nuclear physics also indispensable. However, for the understanding of nuclear physics, research is the most important means of nucleus decay. Nuclear decay is extremely complex, in order to better understand the nucleus, to deepen understanding of nuclear decay, we have three main nuclei decay characteristics were compared.Key Words: Atomic nucleus; three kinds of decay; Compare衰变亦称"蜕变"。
高中物理例析匀强磁场中的核衰变人教版
高中物理例析匀强磁场中的核衰变人教版匀强磁场中的核衰变原子物理中常遇到这样一类问题：一个静止的放射性元素的原子核，在匀强磁场中发生衰变。
若衰变后放出的粒子和新核的速度垂直于磁场方向，则二者都将在磁场中做匀速圆周运动。
现将这类问题做一简单归纳，供大家参考。
1. 遵循两个守恒定律在匀强磁场中发生α、β衰变过程的系统遵循动量守恒定律，若原核是静止的则有MV mv -=（式中m 、v 和M 、V 分别表示粒子和新核的质量、速度）；若原子核有初速度0v 则有MV mv v M +=00。
另外原子核在发生衰变时不仅能放射出α、β粒子，还常伴有γ射线的释放，但释放核能的过程同样遵循能的转化和守恒定律。
例1 （00年春季高考）云室处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一静止的质量为M 的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m ，电荷量为q ，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，现测得α粒子运动的轨道半径R 。
试求在衰变过程中的质量亏损。
（注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计）［解析］该衰变放出的α粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨迹半径R 与运动速度v 的关系，由洛伦兹力和牛顿定律可得Rmv qvB 2=；衰变过程亏损质量很小（亏损质量忽略）再根据动量守恒得')(0v m M mv --=，又衰变过程中α粒子和新核的动能都来自于亏损质量即222')(2121v m M mv mc -+=?，联立各式可解得)(2)(22m M m c qBR M m -=?。
例2 （03年全国理综）-K 介子衰变方程为0ππ+→--K ，其中-K 介子和1-π介子带负的基元电荷，0π介子不带电。
一个-K 介子沿垂直磁场方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的-π介子的轨迹为圆弧PB ，两轨迹在P 点相切，它们的半径-K R 与-πR 之比为2：1。
0π介子的轨迹未画出。
由此可知-π的动量与0π的动量大小之比为（）A. 1：1B. 1：2C. 1：3D. 1：6× × × × A × × × × π- × × × × × × × ×K - B P图1 ［解析］这是一道物理前沿问题作为命题背景的信息试题，通过分析可建立一个放射性原子核在匀强磁场中运动时发生衰变的模型。
原子核的裂变、衰变与核群子结构参数间关系
原子核的裂变、衰变与核群子结构参数间关系下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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Β射线 Β射线
D 垂直纸面向外 Χ射线
Α射线
解析 由 Α射线贯穿物质的本领最弱, 不
能透过薄纸以及三种射线在相应磁场中的偏
转情况易知选项 C 正确.
二、利用电磁场研究原子核衰变后的运动
规律及判定衰变类型
1. 利用匀强电场
原子核的衰变过程遵守电荷守恒、质量数
守恒、动量守恒、能量守恒等一系列守恒定律.
第
30 卷 第 9 2001 年 9 月
期
P
h
中学物理教学参考
ysics T each ing in M iddle S choo
l VoSl. e3p.0 20N0o1.
9
●教材教法●
浅析电磁场中原子核衰变问题
匡 磊 (湖北省广水市第四高级中学 432731)
m v= qB
p qB
,
r∝
1,周 q
期
T=
2Πm , qB
T∝
m q
.
因而,
原子核在匀强磁场
中衰变后的运动规律如下:
图 4 图 5
例 2 在匀强电场里有一个原来速度几乎
为零的放射性碳 14 原子核, 它所放射的粒子
与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图 6
所示 (a、b 均表示长度). 那么碳 1 4 的衰变方程
q.
考虑 到衰 变
过程中动量守恒, 即反冲核和粒子的动量大小
相 等、方向 相反, 因 而 y∝ m q, 轨 迹如 图 4 所 示. 若反冲核、粒子经过相同的时间 t, 在电场
力方向上的侧位移为 y , 由 y =
Eq 2m
t
2
得
y∝
q m
,
轨迹如图 5 所示.
·13·
的公式可知, 旋转半径 r=
放射性元素衰变时放出的射线共有三种:
Α射线、Β射线和 Χ射线, 它们的本质分别为氦
核
( 42H
e)
,
电
子
(
0 -1
e
)
和频 率极 高的 光子
(电磁
波). 若将原子核衰变放出的射线引入电场或
磁场中, 由它们的偏转情况便可确定放射线的
性质及组成, 如图 1、2 所示 (铅盒中为放射性
物质).
图 1 图 2 例 1 如图 3 所示, R 是一放射源, 虚线框
内切圆, 大圆为 Β粒子 的运动轨迹, 不论 磁场
方向是垂直向里还是向外, 二者旋转方向相
反, 反冲核的圆周运动周期较 Β粒子的周期长
些. 且不论 Α衰变还是 Β衰变, 反冲核和粒子再
次相遇时满足的条件为N 1T 1 = N 2 T 2 (N 、T 表 示它们转动的圈数及转动周期,N 为自然数).
例 3 静止在匀强磁场中的某放射性原子
解得q 1 = q2
2 1
.
故选项A
正确,
且 v1、v2
分别对应
衰变时反冲核及粒子之速度.
2. 利用匀强磁场
静止的原子核在匀强磁场中衰变时, 若衰
变后释放的粒子和反冲核的速度与磁场垂直,
则反冲核和粒子在洛伦兹力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作用下做匀速
圆周运动, 其轨迹如图 7、图 8 所示.
原子核在匀强磁场中的衰变过程, 同样遵
图3 ©
内有匀强磁场 B ,L L ′是一厚纸板,M N 是荧光 屏. 实 验中, 发现在荧光 屏O 、P 两处有亮斑, 则此时的磁场方向, 到达O 、P 点的射线与 实 验相符的有:
选项 磁场方向 到达 O 点射线 到达 P 点射线
A 竖直向上
Β射线
Α射线
B 竖直向下 C 垂直纸面向里
Α射线 Χ射线
项 A、C、D 正确.
当然, 原子核在磁场中的衰变问题在近几
年高考题中亦曾出现, 如 1994 年上海高 考题
中有一道选择题, 2000 年北京、安徽春季高考
题中有一道计算题.
守动量、核电荷数、质量数守恒, 由衰变过程中
动量守恒及匀速圆周运动轨道半径、运动周期
·14· ©
图 7 图 8
Α衰变时, 反冲核与 Α粒子的运动轨迹为
外切圆. 大圆为 Α粒子的运动轨迹, 不论磁 场
方向是垂直向里还是向外, 二者旋转方向一
致, 反冲核做圆周运动的周期较 Α粒子的周期
长些; Β衰变时, 反冲核与 Β粒子的运动轨迹为
在原子核物理学中, 利用电场或磁场研究
各种基本粒子的性质是一种常用的方法. 这种
方法的运用体现了电磁学与原子核物理学知
识的交叉综合, 突出了应用电磁学知识处理实
际物理问题的灵活性, 我们在学习中应加以重
视. 本文就利用电磁场研究原子核衰变类问题
进行探讨.
一、利用电磁场确定原子核衰变放出射线
的性质及组成
力) 在电场中偏转
图6
时, 在竖 直方 向 上
做匀速直线运动, 水平方向上做初速度为零的
匀加速直线运动, 则在相等的时间 t 内, v1 t =
b, 4 b=
E q1 2m 1
t2,
v
2
t=
a,
2a =
Eq 2m
2 2
t
2.
考虑到碳核在
衰变过程中系统动量守恒, 即 0= m 1v1 + m 2v2 ,
若静止的原子核在匀强电场中衰变时, 所释放
的粒子和反冲核的速度与电场垂直, 则粒子和
反冲核在仅受与初速度垂直的电场力作用下
做类平抛运动而发生偏转, 其规律如下:
若反冲核、粒子在垂直电场的方向上发生
相同的位移 x , 在电场力方向上的侧位移为 y
时, y =
%q 2m
t2
=
%q 2m
(
x v
)2=
E
x 2m 2p 2
可能是
A.
C 14 6
42H e +
B 10 4
e
B.
C 14 6
e+ B 0
14
-1
5
C.
C 14
6
e+ N 0
14
-1
7
D.
C 14 6
21H +
B 12 5
解析 由 如图 6 所示的 反冲核与粒子运
动的 轨迹 可 知, 碳
核衰变时释放的粒
子一 定带 正 电, 故
选项 B、C 错误. 反 冲核、粒子 (不计重
核, 放出一个粒子后其速度
方向与磁场方向垂直, 测得
粒子与反冲核的轨道半径
之比为 30∶1, 如图 9 所示.
则
A. 该原子核发生 的是
图9
Α衰变
B. 磁场方向一定垂直纸面向里
C. 若粒子旋转方向为顺时针, 则反冲核旋
转方向也一定为顺时针
D. 原放射性元素的原子序数为 62
解析 分析略, 由上述总结的规律易知选