衰變(物理學名詞)

衰變(物理學名詞)

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衰變亦稱“蛻變”,指放射性元素放射出粒子而轉變為另一種元素的過程,如鐳放出α粒子後變成氡。

基本介紹

  • 中文名:衰變
  • 外文名:Radioactive decay
  • 套用學科:粒子或能量
  • 適用領域範圍:經常用於形容化學粒子屬性
簡介,α衰變,β衰變,γ衰變,

簡介

不穩定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量後可變得較為穩定,這個過程稱為衰變(Radioactive decay)。這些放射出的粒子或能量(後者以電磁波方式射出) 統稱輻射(radiation)。由不穩定原子核發射出來的輻射可以是α粒子β粒子γ射線中子
放射性核素在衰變過程中,該核素的原子核數目會逐漸減少。衰變至只剩下原來質量一半所需的時間稱為該核素的半衰期(half-life)。每种放射性核素都有其特定的半衰期,由幾微秒到幾百萬年不等。
原子核由於放出某種粒子而變為新核的現象.原子核是一個量子體系,核衰變是原子核自發產生的變化,它是一個量子躍遷過程,它服從量子統計規律.對任何一個放射性核素,它發生衰變的精確時刻是不能預知的,但作為一個整體,衰變的規律十分明確.若在dt時間間隔內發生核衰變的數目為dN,它必定正比於當時存在的原子核數目N,顯然也正比於時間間隔dt .衰變不受任何條件的影響,是物質特有的性質。
衰變有3種:α衰變β衰變γ衰變

α衰變

α衰變是一種放射性衰變。在此過程中,一個原子核釋放一個α粒子(由兩個中子和兩個質子形成的氦原子核),並且轉變成一個質量數減少4,核電荷數減少2的新原子核。
放射性探測器下的α粒子源放射性探測器下的α粒子源
一個α粒子與一個原子核相同,兩者質量數和核電荷數相同。α衰變從本質上說,是量子力學隧道效應的一個過程。與β衰變不同,它由強相互作用支配。
衰變產生的α粒子的動能通常為5MeV左右,速度是30,000km/s,光速的十分之一。因為它質量相對較大,帶兩個單位的正電荷,速度相對較慢(針對其他衰變粒子),所以它們容易與其他原子相互作用而失去能量。因此,它們可以被一層幾厘米厚的空氣幾乎完全吸收。
α衰變過程表示為:
衰變
母核與子核的靜質能之差稱為衰變能E衰:
E= (Mx-MY-Ma)c1
它分配給子核與a粒子的動能U衰變過程中的粒子速度遠小於光速,可按非相 對論性處理能量、動量)
E = Eγ + Eα = 1/2Mγv1γ+1/2Mαv1α
由動量守恆可推:
衰變
通常重元素髮生α衰變,有A>>4,所以Eα≈E
推論表明,每一種產生a放射性的物質,只放出單一能量的α粒子。但精確 的測量發現,同一種α放射性物質能放射出幾組不同能量的^粒子,形成α能譜的精細結構,這就揭示了原子核能級的分立性:與原子類同,原子核也存在一系列離散的能級。α衰變過程中,子核與母核(一般是母核)可處於不同的能級,因而放射出的α粒子也就可以有不同的能量。

β衰變

β衰變是一種放射性衰變。在此過程中,一個原子核釋放一個β粒子(電子或者正電子),分為β+衰變(釋放正電子)和β-衰變(釋放電子)。
β-衰變中,弱相互作用把一個中子轉變成一個質子,一個電子和一個反電子中微子。其實質是一個下夸克通過釋放一個W-玻色子轉變成一個上夸克。W-玻色子隨後衰變成一個電子和一個反電子中微子。
量子力學角度的β衰變量子力學角度的β衰變
β+衰變中,一個質子吸收能量轉變成一個中子,一個正電子和一個電子中微子。其實質是一個上夸克通過釋放一個W+玻色子轉變成一個下夸克。W+玻色子隨後衰變成一個正電子和一個電子中微子。
與β-衰變不同,β+衰變不能單獨發生,因為它必須吸收能量。在所有β+衰變能夠發生的情況下,通常還伴隨有電子捕獲反應。
天然的放射性β衰變發出射線, 人工放射性衰變有兩種:β+衰變和K電子俘獲。三種衰變反應式如下:
衰變(物理學名詞)

γ衰變

γ輻射通常伴隨其他形式的輻射產生,例如α射線β射線。當一個原子核發生α衰變或者β衰變時,生成的新原子核有時會處於激發態,這時,新原子核會向低能級發生躍遷,同時釋放γ粒子。這就是γ輻射。
γ射線,x-射線, 可見光和紫外線,都是不同形式的電磁輻射。唯一的區別是光的頻率,也就是光子的能量。γ光子的能量最高。

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