第三章放射性衰变及衰变方程式课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《第三章放射性衰变及衰变方程式课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第三 放射性 衰变 方程式 课件
- 资源描述:
-
1、 Chapter3 Unstable nuclei and Radioactive decay第三章第三章 放射性衰变及衰变方程式放射性衰变及衰变方程式杨金玲杨金玲vRadioactive decay is a spontaneous nuclear transformation that has been shown to be unaffected by pressure,temperature,chemical form,etc(except a few very special cases).This insensitivity to extranuclear conditions a
2、llows us to characterize radioactive nuclei by their decay period and their mode and energy of decay without regard to their physical or chemical condition.vThe time dependence of radioactive decay is expressed in terms of the half-life(t1/2),which is the time required for one-half of the radioactiv
3、e atoms in a sample to undergo decay.In practice this is the time for the measured radioactive intensity(or simply,radioactivity of a sample)to decrease to one-half of its previous value vHalf-lives vary from millions of years to fractions of seconds.While half-lives between a minute and a year are
4、easily determined with fairly simple laboratory techniquesv10-18s,1015yvRadioactive decay involves a transition from a definite quantum state of the original nuclide to a definite quantum state of the product nuclide.The energy difference between the two quantum levels involved in the transition cor
5、responds to the decay energy.This decay energy appears in the form of electromagnetic radiation and as the kinetic energy of the products,see Element and Nuclide Index for decay energies.v 地球上存在的各种同位素中,天然存在的约地球上存在的各种同位素中,天然存在的约500500多种。其中,稳定的约多种。其中,稳定的约200200种,种,放射性的有放射性的有300300多种。加上人工合成的同位素,大约共有有多种
6、。加上人工合成的同位素,大约共有有31003100多种,其中绝大多种,其中绝大部分是放射性同位素。部分是放射性同位素。v 稳定同位素是指核结构不会自发的发生改变的核素;放射性同位素是不稳定核稳定同位素是指核结构不会自发的发生改变的核素;放射性同位素是不稳定核素,它们能通过自发的发射出各种射线,转变成另外一种核素。素,它们能通过自发的发射出各种射线,转变成另外一种核素。v 衰变产生的子体核素可能是稳定的,也可能是放射性的。如果衰变后生成的子衰变产生的子体核素可能是稳定的,也可能是放射性的。如果衰变后生成的子核是放射性的核素,它们还要继续发生衰变,直到最终变成稳定的核素为止。核是放射性的核素,它们
7、还要继续发生衰变,直到最终变成稳定的核素为止。l对稳定的核素标绘出中子数对稳定的核素标绘出中子数N N与质子数与质子数Z Z的关系,就会发现对于轻元素的关系,就会发现对于轻元素(A40)(A40,Z20 A40,Z20 的元素,稳定核中的中子、质子数比从的元素,稳定核中的中子、质子数比从1 1逐步增加到铋逐步增加到铋(83)(83)元素的元素的N/Z=1.518N/Z=1.518。对于原子序数。对于原子序数Z83Z83的元素,都是放射性的元素,都是放射性 衰变核素。衰变核素。稳定核的稳定核的N/ZN/Z比随着原子质量数比随着原子质量数A A的增加而增加。原子核中,中子不带的增加而增加。原子核中
8、,中子不带电,质子带正电,原子核中的质子都要受到一种库仑斥力。随着原子序电,质子带正电,原子核中的质子都要受到一种库仑斥力。随着原子序数数Z Z的增加,原子核中每个质子所受的库仑斥力随之而增加。要继续保的增加,原子核中每个质子所受的库仑斥力随之而增加。要继续保持稳定性就只能使持稳定性就只能使N/ZN/Z比增大。比增大。人们把稳定核的中子人们把稳定核的中子/质子数质子数比进行标绘,得到通常称之为比进行标绘,得到通常称之为 稳定线的图,如右面的图稳定线的图,如右面的图所示。所示。纵坐标是中子数纵坐标是中子数N N,横坐标是质,横坐标是质子数子数Z Z。位于位于 稳定线左上方的核素是稳定线左上方的核
9、素是丰中子核,它们的丰中子核,它们的N/ZN/Z要比稳定要比稳定核素要求的核素要求的N/ZN/Z大;大;位于位于 稳定线右下方的核是缺中子核,也叫丰质子核,它们的稳定线右下方的核是缺中子核,也叫丰质子核,它们的N/ZN/Z要比稳定核素要求的要比稳定核素要求的N/ZN/Z小小 。l 稳定核中:稳定核中:偶偶核占了约偶偶核占了约6060;剩下的剩下的4040中:中:偶奇核和奇偶核几乎各占一半;偶奇核和奇偶核几乎各占一半;奇奇核很少,只有奇奇核很少,只有6 6种:种:质子数和中子数都是偶数的核最稳定。因为相同核子成对时最稳定质子数和中子数都是偶数的核最稳定。因为相同核子成对时最稳定 稳定核中偶奇核和
10、奇偶核数目大致相等,说明质子成对和中子成对时稳定核中偶奇核和奇偶核数目大致相等,说明质子成对和中子成对时原子核提供了大致相同的稳定性。原子核提供了大致相同的稳定性。21H63Li105B147N5023V18073Ta放射性衰变通常由下式描述放射性衰变通常由下式描述:能量是以放出的粒子或量子的动能形式出现的。能量是以放出的粒子或量子的动能形式出现的。在放射性衰变时释放的能量称作在放射性衰变时释放的能量称作Q Q值,它是由衰值,它是由衰变前后处于基态的核的质量差得出。变前后处于基态的核的质量差得出。ExBA22)(cmmmmcQxBAvThe mode of radioactive decay
11、is dependent upon the particular nuclide involved.The radioactive decay can be characterized by-,-,and-radiation.Alpha-decay(衰变)衰变)is the emission of helium nuclei.Beta-decay(衰变)衰变)is the creation and emission of either electrons or positrons,or the process of electron capture.Gamma-decay(跃迁)跃迁)is t
12、he emission of electromagnetic radiation where the transition occurs between energy levels of the same nucleus.An additional mode of radioactive decay is that of internal conversion in which a nucleus loses its energy by interaction of the nuclear field with that of the orbital electrons,causing ion
13、ization of an electron instead of-ray emission.A mode of radioactive decay which is observed only in the heaviest nuclei is that of spontaneous fission(自发裂变)(自发裂变)in which the nucleus dissociates spontaneously into two roughly equal parts.v原子核的诱发裂变需要外来粒子的轰击,将其能量传递给靶核。靶核吸原子核的诱发裂变需要外来粒子的轰击,将其能量传递给靶核。靶
14、核吸收了外来粒子的能量,处于激发态,变成不稳定的核,通过发生裂变,收了外来粒子的能量,处于激发态,变成不稳定的核,通过发生裂变,变成两个中等质量的碎片。变成两个中等质量的碎片。v 重核的自发裂变和诱发裂变不同。自发裂变是原子核在没有外来粒子重核的自发裂变和诱发裂变不同。自发裂变是原子核在没有外来粒子轰击的情况下,自发地发生的裂变。轰击的情况下,自发地发生的裂变。v 衰变和自发裂变是重核衰变的两种不同的方式。它们两者之间有竞争。衰变和自发裂变是重核衰变的两种不同的方式。它们两者之间有竞争。v252252CfCf:一种重要的中子源。:一种重要的中子源。v 自发裂变是它重要的衰变方式之一,其分支比为
15、自发裂变是它重要的衰变方式之一,其分支比为3.093.09;v 每次裂变平均发射每次裂变平均发射3.73.7个中子;个中子;v 衰变的几率为衰变的几率为96.91%96.91%。v 铀、钍:它们发生自发裂变的几率就很小,和铀、钍:它们发生自发裂变的几率就很小,和 衰变相比,自发裂变的衰变相比,自发裂变的几率可以忽略不计。几率可以忽略不计。v 238238U:U:衰变衰变 99%;99%;自发裂变只占自发裂变只占4.554.55 1010-5-5;v 232232Th:Th:衰变几乎占衰变几乎占100%;100%;自发裂变自发裂变 1010-9-9。v 铀和钍只有在外来粒子的轰击下才能发生裂变。
16、铀和钍只有在外来粒子的轰击下才能发生裂变。v 这种裂变叫诱发裂变。这种裂变叫诱发裂变。Alpha decayvAlpha decay is observed for the elements heavier than lead and for a few nuclei as light as the lanthanide elements.It can be written symbolically asvWe use X to indicate any element defined by its nuclear charge(核电荷核电荷),Z and Z-2 in this equati
17、on.v 衰变衰变:v 衰变是原子核自发地放射出一个衰变是原子核自发地放射出一个 粒子。粒子。v 粒子是一个氦原子核,由两个质子和两个中子组成,带有两个正电荷。粒子是一个氦原子核,由两个质子和两个中子组成,带有两个正电荷。v 衰变之后,子体核的质量数要减少衰变之后,子体核的质量数要减少4 4个单位,原子序数要减少个单位,原子序数要减少2 2个单位。个单位。v 如果用如果用X X代表衰变前的母体核,用代表衰变前的母体核,用Y Y代表衰变后的子体核,则代表衰变后的子体核,则 衰变用一般衰变用一般的表达式可以写成:的表达式可以写成:v 能够产生能够产生衰变的核素一定是母体核的质量要大于子体核质量和氦
18、原子衰变的核素一定是母体核的质量要大于子体核质量和氦原子质量的总和,即:质量的总和,即:4422AAZZXYHe,2,42,4m Z Am ZAm举例:举例:衰变衰变T1/24.5 109a;T1/21600a;ThU2349023892 RnRa2228622688 母体其核子数减少母体其核子数减少4;4;核电荷数减少核电荷数减少2 2。v 原子核可以处于不同的分立的能级状态。能量最低的称之为基态,高于基态的所原子核可以处于不同的分立的能级状态。能量最低的称之为基态,高于基态的所有能级统称为激发态。有能级统称为激发态。v 处于激发态的原子核是不稳定的,一般都要通过发射处于激发态的原子核是不稳
19、定的,一般都要通过发射射线而退激到基态,或者射线而退激到基态,或者是先退激到低能量的激发态,然后再退激到基态。是先退激到低能量的激发态,然后再退激到基态。v 衰变时,母核发射出衰变时,母核发射出粒子后,可能直接到达子体核的基态,也可能先到达子粒子后,可能直接到达子体核的基态,也可能先到达子核的激发态,然后再通过发射核的激发态,然后再通过发射射线,从子核的激发态退激到其基态。射线,从子核的激发态退激到其基态。v 当母核衰变到子核的基态时,发射出来的当母核衰变到子核的基态时,发射出来的粒子能量要比母核衰变到子核的激发粒子能量要比母核衰变到子核的激发态时,发射出来的态时,发射出来的粒子能量高一些。衰
20、变到子核的激发态能级能量越高,粒子能量高一些。衰变到子核的激发态能级能量越高,粒子粒子的能量就越低。的能量就越低。v 能量较低的能量较低的粒子叫做短射程的粒子叫做短射程的粒子,它们是从母核的基态衰变到子粒子,它们是从母核的基态衰变到子核的激发态时所发射出来的核的激发态时所发射出来的粒子。粒子。v如果母核本身是其它核反应的产物,也可能处于激发态。从母核的激发态如果母核本身是其它核反应的产物,也可能处于激发态。从母核的激发态发射的发射的粒子能量要比从母核基态发射的粒子能量要比从母核基态发射的粒子的能量大一些。母核激发粒子的能量大一些。母核激发态的能量越高,发射的态的能量越高,发射的粒子的能量就越大
21、。从母核的激发态发射出来的粒子的能量就越大。从母核的激发态发射出来的粒子通常称之为长射程的粒子通常称之为长射程的粒子。粒子。v 一般来说,从激发态退激到基态,发射一般来说,从激发态退激到基态,发射射线的几率要比它直接发射射线的几率要比它直接发射射线衰变到子核的几率大的多,差好几个数量级。因此,一般很难看到直射线衰变到子核的几率大的多,差好几个数量级。因此,一般很难看到直接从母体核激发态发射接从母体核激发态发射的衰变,仅仅对几种少数原子核,从激发态发射的衰变,仅仅对几种少数原子核,从激发态发射粒子的衰变占有一定的分支比。粒子的衰变占有一定的分支比。衰变能用衰变能用Q:,2,42,4931.05Q
22、m Z Am ZAmMeVRRmmmEQl衰变能是衰变前后诸粒子的静止质量之差所对应的能量。衰变能是衰变前后诸粒子的静止质量之差所对应的能量。l衰变能以衰变能以 粒子和衰变子核动能的形式放出。粒子和衰变子核动能的形式放出。l 粒子的动能为:粒子的动能为:l子体核的反冲能为:子体核的反冲能为:RmRmmEQv 能谱的特点:能谱的特点:v 如果母核发射出如果母核发射出粒子后,直接衰变到子核的基态,那么粒子后,直接衰变到子核的基态,那么这种这种粒子的能量就是单一的;有的母核发射出粒子的能量就是单一的;有的母核发射出粒子后没粒子后没有直接衰变到子核的基态,而是衰变到子核的其它激发态,有直接衰变到子核的
23、基态,而是衰变到子核的其它激发态,然后分别又通过发射然后分别又通过发射射线,最后退激到了子核的基态。这射线,最后退激到了子核的基态。这样的放射性同位素发射的样的放射性同位素发射的粒子具有不同的能量,它们的粒子具有不同的能量,它们的 能谱呈带状谱。能谱呈带状谱。在较轻偶偶核(在较轻偶偶核(A240A240)的情况下,)的情况下,衰变大多数直衰变大多数直接到子体核的基态,而在其它类型的核衰变时,常常到接到子体核的基态,而在其它类型的核衰变时,常常到子体核的激发态。子体核的激发态。放射性衰变放出的放射性衰变放出的 粒子的能量在粒子的能量在1.83MeV1.83MeV(114114NdNd)和和11.
24、7MeV11.7MeV(210210PoPom m)之间,半衰期在)之间,半衰期在1010-6-6s s和和10101010a a之间。之间。Beta decayvThe radioactive decay processes which are designated by the general name of-decay include electron emission(-or ,-衰变衰变),positron emission(+or ,+衰变衰变)and electron capture(EC,轨道电子俘获,轨道电子俘获).v另外,还有另外,还有2 2种特殊的种特殊的 衰变:双衰变:
25、双 衰变和束缚的衰变和束缚的 衰变。衰变。v 衰变衰变:中子过剩的原子核自发发射一个中子过剩的原子核自发发射一个 粒子即电子,生成粒子即电子,生成质子数加质子数加1 1的子核的子核011AAZZXYevQ 反中微子反中微子衰变能衰变能eSP32163215举例:举例:v 衰变衰变:v从放射性核素的原子核中发射出来的从放射性核素的原子核中发射出来的-粒子是一个电子。它的质量和一粒子是一个电子。它的质量和一个电子的质量个电子的质量(0.000549u)(0.000549u)相等,并带有一个单位的负电荷。相等,并带有一个单位的负电荷。v发生发生-衰变后,子体核的质量数和母体核质量数衰变后,子体核的质
展开阅读全文