第七章 原子核物理概论 38-40节 三种衰变2
什么是原子核衰变
什么是原子核衰变原子核衰变是指原子核内部发生变化，通过放射出射线或释放粒子的方式转变为另一种原子核的过程。
在原子核衰变中，可能发生的变化包括α衰变、β衰变和伽马射线的放射。
这些衰变过程是由不稳定的原子核中发生的，以达到更加稳定的状态。
一、α衰变α衰变是原子核中放出α粒子的过程。
在α衰变中，原子核释放出两个质子和两个中子组成的α粒子。
α粒子是带有正电荷的核子，相当于一个氦原子核。
例如，铀-238（U-238）发生α衰变后，衰变成钍-234（Th-234），其中U-238原子核释放出一个α粒子。
二、β衰变β衰变是指原子核中的中子或质子转变为一个电子或正电子的过程。
1. β-衰变：在β-衰变中，一个中子转变为一个电子，同时释放出一个质子。
这个电子以高速离开原子核，进入外部空间。
这个电子被称为β-粒子。
例如，碳-14（C-14）发生β-衰变后，变为氮-14（N-14），其中一个中子转变为了一个质子，并释放出一个β-粒子。
2. β+衰变：在β+衰变中，一个质子转化为一个正电子，同时释放出一个中子。
这个正电子称为β+粒子。
例如，锝-99（Tc-99）发生β+衰变后，衰变成了钌-99（Ru-99），其中一个质子转变为了一个中子，并释放出一个β+粒子。
三、伽马射线伽马射线是一种高能量的电磁辐射。
当一个核发生α或β衰变后，通常会释放伽马射线，以平衡核内的能量。
伽马射线没有电荷和质量，可以穿透物质，并且对人体有一定的辐射危害。
例如，铯-137（Cs-137）发生β-衰变后，衰变产物碱土金-137（Ba-137）会释放出伽马射线。
原子核衰变是一种自发的过程，不能通过外界条件干预或加速。
衰变速率可以用半衰期来衡量，即衰变物质的一半数量所需的时间。
每种放射性核素都有其特定的半衰期。
原子核衰变在许多领域都具有重要的应用，包括核能产生、放射治疗和碳测年等。
人们对原子核衰变的研究使得我们对原子核的结构和性质有了更深入的了解，并为核物理学和天体物理学的发展提供了重要的基础。
物理原子核衰变
物理原子核衰变物理原子核衰变是指原子核放射出粒子或电磁波而变成另一个核的过程。
原子核的衰变可以是自发的，也可以是人为诱导的。
这种现象在自然界中广泛存在，对于了解宇宙演化过程和核能利用具有重要意义。
原子核衰变的类型包括α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变是指原子核放出一个α粒子（即两个质子和两个中子组成的带正电荷的粒子），变成质量数比原来减少4，原子序数减少2的另一个核的过程。
β衰变是指原子核内的中子变成带负电荷的电子（β粒子）和中性的反应物（中子变质子的过程），或者是原子核内的质子变成带正电荷的正电子（β+粒子）和中性的反应物（质子变中子的过程）。
γ衰变是指原子核放出伽马射线（一种高能电磁波），以释放余能的过程。
原子核衰变的速率可以用半衰期来描述。
半衰期是指一半原子核的衰变所需的时间。
不同类型的原子核衰变具有不同的半衰期。
例如，放射性同位素铀-238的半衰期为44.5亿年，而碳-14的半衰期只有5730年。
原子核衰变在核能利用中具有重要的作用。
核反应堆中，通过控制中子的流动和反应物的浓度，实现核能的释放和控制。
核武器的爆炸也是利用了原子核衰变的能量释放。
同时，放射性同位素的医学应用也是利用了原子核衰变的特性，如放射性核素的显像、治疗和诊断等。
尽管原子核衰变在核能利用和医学应用中具有重要的作用，但是放射性同位素的放射性也带来了一定的安全风险。
人们需要采取措施，控制和监测放射性同位素的使用和处理，以保障人类和环境的安全。
原子核衰变是自然界中广泛存在的现象，对于了解宇宙演化和核能利用具有重要意义。
同时，放射性同位素的放射性也带来了一定的安全风险，需要采取措施进行控制和监测。
高中物理三种衰变方程式
高中物理三种衰变方程式
1. β-衰变：
β-衰变是指原子核中的质子发射（或称为β-粒子）而发生的衰变方式，即：
$$A_{Z,N}\rightarrow A_{Z-1,N+1}+e^- + \overline{\nu_e}$$ 其中，
$A_{Z,N}$ 代表该核的质子数为$Z$，中子数为$N$的原子。
由此衰变
方程式中可知，β-衰变是由一个质子转变为一个中子，同时伴随着一个电子和一个电子反中子（即正电子反中子）而产生的。
2. α-衰变：
α-衰变即为α-射线衰变，是指原子核中的α-粒子发射而发生的衰变方式，其衰变方程式为：
$$A_{Z,N}\rightarrow A_{Z-2,N+2}+\alpha$$ 其中，$A_{Z,N}$ 代表该
核的质子数为$Z$，中子数为$N$的原子。
由此衰变方程式可知，α-衰
变是由原子核中的两个质子同时转变为两个中子，并同时发射一个α
粒子而发生的。
3. γ衰变：
γ衰变是指原子核的谐振态由高能谐振态直接跃迁到低能谐振态时发生
的衰变过程，其衰变方程式可表示为：
$$A_{Z,N}*\rightarrow A_{Z,N}+ \gamma$$ 其中，$A_{Z,N}*$ 表示该
核的高能谐振态，$A_{Z,N}$ 表示该核的低能谐振态，$\gamma$ 表示
能量转移过程中释放的高能紫外线。
γ衰变本质上是由原子核的质子数和中子数没有发生变化，而是能量发生转移，原子核从原来的谐振态转变至新的谐振态所表现出来的衰变过程。
第七章原子核
第七章 原子核物理概论一、学习要点１．原子核的基本性质（１）质量数Ａ和电荷数Ｚ；（２）核由Ａ个核子组成，其中Ｚ个质子（p ）和N=Ａ－Ｚ个中子（n ）；（３）原子核的大小:Ｒ＝r 0A 1/3 , r 0≈ (1.1~1.3)⨯10-15 m ，ρ=1014 t/m 3═常数(5）核磁矩：I p I P m e g 2=μ, 核磁子B p m e μβ183612≈= (6)原子核的结合能、平均结合能、平均结合能曲线 E = [Zm p +(A -Z)m n -M N ]c 2=[ZM H +(A -Z)m n -M A ]c 2， 1uc 2=931.5MeV ，A E E =2.核的放射性衰变：（1）α、β、γ射线的性质（2）指数衰变规律：t e N N λ-=0 ，t e m m λ-=0 ，λ2ln =T ，λτ1=放射性强度：000,N A e A A t λλ==-5．核反应（1）历史上几个著名核反应（2）守恒定律（3）核反应能及核反应阈能及其计算（4）核反应截面和核反应机制（5）核反应类型（6）重核裂变（裂变方程、裂变能、裂变理论、链式反应）（7）轻核裂变（聚变能、热核聚变的条件、类型等）自测题1．选择题（1）可以基本决定所有原子核性质的两个量是：A 核的质量和大小 B.核自旋和磁矩 C.原子量和电荷 D.质量数和电荷数(2)原子核的大小同原子的大小相比，其R 核／R 原的数量级应为：A ．105 B.103 C.10-3 D.10-5(3)原子核可近似看成一个球形，其半径R 可用下述公式来描述： A.R ＝r 0A 1/3 B. R ＝r 0A 2/3 C. R ＝3034r π D.R=334A π(6)氘核每个核子的平均结合能为1.11MeV ,氦核每个核子的平均结合能为7.07 MeV .有两个氘核结合成一个氦核时 A.放出能量23.84 MeV; B.吸收能量23.84 MeV;C.放出能量26.06 MeV;D.吸收能量5.96 MeV,(7)由A 个核子组成的原子核的结合能为2mc E ∆=∆,其中m ∆指A.Z 个质子和A-Z 个中子的静止质量之差；B.A 个核子的运动质量和核运动质量之差;C. A 个核子的运动质量和核静止质量之差；D. A 个核子的静止质量和核静止质量之差(9)原子核的平均结合能随A 的变化呈现出下列规律A.中等核最大,一般在7.5~8.0 MeV ;B.随A 的增加逐渐增加,最大值约为8.5 MeV ;C. 中等核最大，一般在8.5-8.7 MeV ；D.以中等核最大，轻核次之，重核最小.(10)已知中子和氢原子的质量分别为1.008665u 和1.007825u,则12C 的结合能为A.17.6 MeV ；B.8.5 MeV ；C.200 MeV ；D.92 MeV .(11)放射性原子核衰变的基本规律是t e N N λ-=0,式中N 代表的物理意义是A. t 时刻衰变掉的核数；B. t=0时刻的核数;C. t 时刻尚未衰变的核数；D. t 时刻子核的数目.(12)已知某放射性核素的半衰期为2年,经8年衰变掉的核数目是尚存的A.5倍;B.10倍;C.15倍;D.20倍.(13)1克铀23892U 在1秒内发射出1.24⨯104个α粒子,其半衰期为A.3.4⨯1019秒;B. 1.4⨯1017秒；C. 2.0⨯1017秒；D. 4.9⨯10-18秒.(14)钍23490Th 的半衰期近似为25天,如果将24克Th 贮藏150天,则钍的数量将存留多少克? A.0.375； B.0.960； C.2.578； D.12.(21)已知核2H 、3H 、4He 的比结合能分别为1.11MeV 、2.83MeV 、7.07MeV ，则核反应2H+3H 、→4He+n 的反应能为 A.3.13MeV B. 17.56MeV C.-3.13MeV D .–17.56MeV(22)235U 核吸收一个热中子之后,经裂变而形成13954Xe 和9438Sr 核,还产生另外什么粒子？ A.两个中子; B.一个氘核; C.一个氘核和一个质子; D.三个中子.(24)一个235U 吸收一个慢中子后,发生的裂变过程中放出的能量为A.8MeV ；B. 100MeV ； C .200MeV ； D.93.1MeV.(25)核力的力程数量级（以米为单位）A .10-15； B. 10-18； C.10-10； D. 10-13.（26）下述哪一个说法是不正确的?A.核力具有饱和性;B.核力与电荷有关;C.核力是短程力;D.核力是交换力.2．简答题（1）解释下列概念：核电四极矩、核力及其性质、核衰变能、核反应能、裂变能、聚变能、链式反应、核反应截面、热核反应、核反应阈能、K俘获、俄歇电子、内转换、. 内转换电子.（2）何谓衰变常数、半衰期、平均寿命、放射性强度？放射性核素的衰变规律如何？（3）原子核的平均结合能曲线有何特点？3．计算题教材7-1、7-2、7-3、7-8(1)算出73Li（p, ）42He的反应能.已知：11H ：1.007825u, 42He:4.002603u, 73Li:7.015999u.（2）如果开始时放射性物质中含有1克234U，则经过两万年，还有多少未衰变的234U？那时它的放射性强度是多少？（234U的半衰期为2.48×105年）（2000首都师大）（3）14C的半衰期为5500年，写出14C的衰变方程. 如果生物体死后就再没有14C进入体内，现在测得一棵死树的14C放射性强度为活树的1/3，试估算该树已死了多少年？（1998中科院）。
αβγ三种衰变方程
αβγ三种衰变方程在粒子物理学中，有三种常见的衰变方程，分别为α衰变、β-衰变和β+衰变。
这些衰变过程展示了原子核内部发生的变化，影响了原子的属性和质量。
首先，我们来看看α衰变。
α衰变是一种放射性衰变，其中一个原子核自发地释放出一个α粒子。
α粒子由两个质子和两个中子组成，因此它的质量数为4。
在α衰变过程中，原子核的质量数减少4个单位，而其原子序数减少2个单位。
通过α衰变，放射性同位素会转化为一个新的元素。
其次，我们来讨论β衰变。
β衰变分为两种类型：β-衰变和β+衰变。
在β-衰变中，一个中子转变成质子，同时放射出一个电子和一个反中微子。
这个电子被称为β粒子，而反中微子是轻子的一个类型。
在β-衰变过程中，原子核的原子序数增加1个单位，质量数不变。
这种衰变过程通常在中子过多的原子核中发生。
与β-衰变相反，β+衰变涉及一个质子转化为中子，同时放射出一个正电子和一个中微子。
正电子是电子的反粒子，而中微子也是一种轻子。
在β+衰变中，原子核的原子序数减少1个单位，质量数仍然保持不变。
这种衰变过程通常在质子过多的原子核中发生。
这些衰变方程对我们的生活有着重要的指导意义。
首先，它们揭示了放射性同位素如何变化以及它们的半衰期。
这对于核能的应用和核工程的安全非常重要。
其次，这些方程还有助于我们理解宇宙的演化过程。
在宇宙中，许多元素的形成和转化是通过这些衰变过程实现的。
此外，衰变方程也在医学诊断和治疗中发挥着重要作用。
放射性同位素可以用于放射性示踪，例如通过和胰岛素结合的放射性同位素可以追踪胰岛素在体内的代谢过程。
同时，放射性同位素还可以用于癌症治疗，通过向肿瘤部位引入放射性同位素来杀灭癌细胞。
总之，α衰变、β-衰变和β+衰变是粒子物理学中三种常见的衰变方程。
它们可以帮助我们理解原子核内部的变化和放射性同位素的特性。
这些方程不仅在核能应用和宇宙演化中具有指导意义，还在医学诊断和治疗中发挥着重要作用。
不断深入研究这些衰变过程将有助于推动科学的进步，并为我们带来更多的应用和益处。
原子核的放射性衰变
2
1 1 my m
m A E 1 E my A4
33
A Ed E A4
三
粒子能谱与原子核的能级
同种原子核放射的粒子的能量不是单一的， 而是有几组不同的分立值，构成分立的粒 子能谱。例如下表所示
212 所发射的粒 83
113In *)一块
存放，113Sn的半衰期为118天, λX<<λY因此有 λXNX≈λYNY 。达到平衡（又称久期平衡）后，单位
时间内子核（Y）的衰变数等于从母核（X）供给
的补养数。
21
§8.2 四个放射系
许多放射性同位素并非一次衰变就达 到稳定，而是一代接一代地衰变，直到 稳定的核素为止，这样就构成一个放射
5
二、放射性衰变规律：
1 .放射性衰变规律：放射性衰变是一种自发地过程, 遵 从统计规律：
N=N0e-t
N0 是衰变前原子核数，N 是 t 时刻留存的原子核
数，是衰变常数 2.推导：原子核是个量子体系，衰变是量子跃迁过 程。核衰变服从统计规律，设 t 时刻放射核数为 N(t)，经 dt 时间有-dN个核发生衰变，显然－
因而，
T1 / 2
0.693 9 4.5 10 a
15
例：测得某样品的放射性活度经30天减为原来的 12.5%
求该样品的衰变常数、半衰期和平均寿命。
I (t ) N (t ) N 0e
t
0.125N 0 N 0 e
30 ln 0.125
T1
2
30
206 82
207 82
U Pb
208 82
232 90
原子核 衰变
原子核衰变1. 引言原子核是构成物质的基本单位之一，它由质子和中子组成。
原子核的稳定性对于物质的性质和行为具有重要影响。
然而，有些原子核并不稳定，会发生衰变过程。
本文将介绍原子核衰变的基本概念、分类和机制，并探讨衰变对于物质世界的影响。
2. 原子核衰变的基本概念原子核衰变是指不稳定的原子核自发地转变为其他形式的过程。
这种转变通常伴随着放射性粒子或电磁辐射的释放。
2.1 放射性放射性是指一种物质具有自发地发射粒子或电磁辐射的能力。
这种能力源于其原子核内部存在不稳定性。
2.2 半衰期半衰期是用来描述放射性物质衰变速率的指标。
它表示在给定时间内，一半数量的放射性物质会发生衰变。
2.3 衰变系列某些放射性同位素具有长半衰期，无法直接观测到其衰变产物。
这时，我们可以通过观察其衰变系列来推断出原子核的衰变过程。
3. 原子核衰变的分类原子核衰变可以分为三类：α衰变、β衰变和γ衰变。
3.1 α衰变α衰变是指原子核放出一个α粒子（即氦离子），减少两个质子和两个中子。
这种类型的衰变会导致原子序数减2，质量数减4。
3.2 β衰变β衰变是指原子核内的一个中子转化为一个质子或反之，同时放出一个β粒子（即电子）或β正粒子（即正电子）。
这种类型的衰变会导致原子序数增加1或减1，质量数不发生改变。
3.3 γ衰变γ衰变是指原子核释放出高能光子（γ射线）。
这种类型的衰变不改变原子序数和质量数。
4. 原理和机制原料核的不稳定性来自于其内部存在过多或过少的中性粒子。
通过释放粒子或辐射，不稳定的原料核可以达到更稳定状态。
4.1 α衰变的机制α衰变是由于原料核中的质子和中子过多，通过放出α粒子来减少质量数和原子序数。
α粒子由两个质子和两个中子组成，它们通过隧穿效应克服库伦势垒，从原料核中逃脱。
4.2 β衰变的机制β衰变分为β-衰变和β+衰变两种类型。
•β-衰变是由于原料核内部过多的中性粒子（中子）转化为质子，同时放出一个电子和一个反电中微子。
原子物理杨家富 第七章答案
5
b.原子核的大小
把核近似为球体，其半径为
R ro A 3 ,
1
ro 1.2 fm
核的质量密度
M Zm p Nmn Au 3u 2 1017 k g / m 3 1014 吨/ m 3 4 4 V R 3 ro 3 A 4 1.728 10 -45 3 3
3 3
Bs 是表面能，正比表面积( R A )，即Bs as A 3；
2
2 3 2
3 Z(Z - 1) e 2 2 13 Bc 是库仑能，Bc ac Z A ; 5 4 o R Bsym 是对称能，来自量子效应。当Z N时为零， Z N时, 因泡利不相容使能量升高；
Bp是成对能，表明质子和中子喜欢成对结合，而且 偶偶核稳定；奇奇核不稳定；最后BI来自壳层效应， 它们都是量子效应。 由液滴公式给出的结合能，可反求核质量
Q 2 Z (c 2 a 2 ) 5
z c c
z c
z
a
a
a
Q=0
Q>0
Q<0
17
§ 7.2 核力
1. 核力的一般性质 2. 核力的介子理论
18
1. 核力的一般性质
原子核内引力可完全忽略，电磁力只起排斥作用， 能把众多质子和中子结合成密度高达1014g/cm3的核是靠 一种新的作用—核力。经过多年的研究，认识到核力有 如下基本性质。 .短程力 力程≤10－14m，如果核力像库仑力那样为长程力， 核的结合能应正比 A( A 1) A2 。核结合能正比A， 说明核子只与近邻核子发生相互作用。
. 在极短距离内（小于0.8fm）核力为斥心力。 核子间相互作用势如图所示：
21
22
化学原子核的衰变
化学原子核的衰变化学原子核的衰变是指原子核内部核子的组合方式或核子数量发生变化的过程。
这个现象是涉及到原子核的一种自然现象，从一个稳定的核素转变为另一个核素，伴随着放射性能量的释放或吸收。
一、衰变的类型核素衰变可分为三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变：α衰变是指原子核中一个α粒子（即两个中子和两个质子构成的一个粒子）从核中放射出来的过程。
在这个过程中，原子核的质量数减少4，原子序数减少2。
例如，铀238衰变为钍234，放射出一个α粒子。
2. β衰变：β衰变又分为β+衰变和β-衰变两种。
β+衰变是指原子核中一个正电子（β+粒子）从核中放射出来的过程。
在这个过程中，原子核的质量数不变，而原子序数减少1，具体表现为一个质子转化为一个中子，释放出一个正电子和一个中微子。
β-衰变是指原子核中一个负电子（β-粒子）从核中放射出来的过程。
在这个过程中，原子核的质量数不变，而原子序数增加1，具体表现为一个中子转化为一个质子，释放出一个负电子和一个反中微子。
3. γ衰变：γ衰变是指原子核在经历α衰变或β衰变之后，通过放射γ射线以释放余能的过程。
γ射线是一种高能量电磁辐射，它不会改变原子核的质量数和原子序数。
二、衰变的影响及应用1. 放射性衰变的影响：放射性衰变会产生射线和射线能量，对人体和环境造成辐射危害。
普通人对辐射的剂量一般是很小的，但长期暴露于高辐射环境中可能导致突变、癌症等疾病。
2. 核能利用：核衰变也是人类利用核能的基础。
通过控制核衰变过程，可以用来产生电能、制造核武器、用于医学诊断和治疗等方面。
三、核衰变的速率核衰变的速率遵循指数规律，可以用半衰期来描述。
半衰期是指在一定时间内，有一半原子核发生衰变的时间。
不同的元素具有不同的半衰期，有些元素的半衰期可以达到数亿年，有些只有几分钟。
例如钍232的半衰期为1.4万亿年，铀238的半衰期为45.5亿年。
而铀235的半衰期为7.04亿年，镭226的半衰期为1600年。
高中物理中的原子核与放射性衰变
高中物理中的原子核与放射性衰变在我们高中物理的学习中，原子核与放射性衰变是一个充满神秘和奇妙的领域。
这部分知识不仅让我们更深入地理解物质的本质，还在许多实际应用中发挥着重要作用。
首先，让我们来了解一下原子核。
原子核位于原子的中心，体积非常小，但却集中了原子几乎全部的质量。
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电。
质子数决定了元素的种类，而质子数与中子数之和则称为质量数。
质子和中子在原子核内并非随意排列，它们之间存在着强大的核力。
这种核力使得原子核能够保持稳定的结构。
然而，不同元素的原子核稳定性是不同的。
一些原子核相对稳定，而另一些则不太稳定，容易发生衰变。
接下来，咱们说说放射性衰变。
放射性衰变是指原子核自发地放出射线而转变为另一种原子核的过程。
常见的放射性衰变有三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变是指原子核放出一个α粒子，α粒子实际上就是氦原子核，由两个质子和两个中子组成。
发生α衰变后，原子核的质量数减少 4，质子数减少 2，新原子核在元素周期表中的位置会向前移动 2 位。
β衰变则分为β⁺衰变和β⁻衰变。
β⁺衰变时，原子核中的一个质子转变为一个中子，并放出一个正电子和一个中微子；β⁻衰变时，原子核中的一个中子转变为一个质子，并放出一个电子和一个反中微子。
β衰变不会改变原子核的质量数，但会使质子数增加 1 或者减少 1，从而导致元素在周期表中的位置发生变化。
γ衰变比较特殊，它一般不改变原子核的质子数和质量数，只是原子核在从高能态向低能态跃迁时放出γ射线，γ射线是一种高能电磁波。
放射性衰变的发生是有一定规律的。
对于大量的放射性原子核，其衰变的速率可以用半衰期来描述。
半衰期是指放射性原子核衰变掉一半所需要的时间。
不同的放射性原子核具有不同的半衰期，有的可能只有几秒甚至更短，有的则可以长达数千年甚至更长。
放射性衰变在生活和科学研究中有广泛的应用。
例如，在医学上，放射性同位素可以用于诊断和治疗疾病。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、衰变能与核能级图
在衰变前核素质量未知的情况下，若测出粒子的动能和子核的反冲动能，即可
求出衰变能0E。但子核质量通常较大，反冲能yE很小，很难测量。
根据动量守恒
vmvmYY
子核的反冲能
022121EmmmmvmvmEYYYYy
所以
EAAEAEmmEEEYy4)441()1(0
粒子的动能可以用各种能谱仪精确测定。
如图为测出的Bi21283发生衰变时粒子的动能。衰变放程
结果发现存在六群粒子。
粒子能谱具有分立特性－原子核具有分立的能量状态。
此外有能量不同五种射线。
实验结果表明：原子核存在能级结构。
HeTlBi422088121283