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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原子核衰变机制的研究与应用
原子核衰变机制的研究与应用概述原子核衰变是指原子核中的粒子数目减少的过程，其中包括α衰变、β衰变和γ衰变。
这些衰变过程是自然界中发生的基本现象，对于了解物质的性质、核能的释放以及医学应用等领域具有重要意义。
通过对原子核衰变机制的研究，科学家在原子核物理学、核能研究以及放射治疗等方面取得了重要进展，并应用于核医学、核电站建设以及核武器控制等领域。
1. α衰变机制的研究与应用α衰变是指原子核中放出一个α粒子的过程，α粒子由两个质子和两个中子组成。
早在20世纪初，卢瑟福和查德威克等物理学家就通过实验证实了α衰变的现象。
随后，通过对α衰变速率的测量以及研究α衰变产物的性质，科学家们揭示了α衰变的机制。
α衰变是由于原子核中的α粒子发生隧穿效应穿越势垒而脱离原子核。
这种衰变过程在原子核物理学中的研究中起着重要作用。
例子包括较轻的放射性同位素238U衰变为234Th，以及核物质中的快裂变等。
应用方面，α放射性同位素可用于医学诊断和治疗。
例如，铯-131可以用于治疗甲状腺癌，镭-223可用于治疗骨转移性前列腺癌。
此外，α衰变也应用于核能产业，例如利用钚-239进行核裂变反应。
2. β衰变机制的研究与应用β衰变是指原子核中一个中子或一个质子转变为一个电子或一个正电子的过程。
早在20世纪初，贝克勒尔、居里夫妇等科学家就发现了β衰变现象。
经过长时间的研究，科学家们逐渐揭示了β衰变的机制。
β衰变包括β-衰变和β+衰变两种形式。
β-衰变是指一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子和一个反中微子；β+衰变是指一个质子转变为一个中子，同时放出一个正电子和一个中微子。
这些衰变过程中，中微子是与电子或正电子共同产生、以固定动量带走能量，一般无法探测到。
β衰变的研究对于理解核物理反应以及星体物理学具有重要意义。
例如，科学家们利用β衰变来研究原子核结构、核聚变、超新星爆发等。
在应用方面，β放射性同位素广泛应用于医学影像学、治疗和工业领域。
原子核衰变现象的理论分析
原子核衰变现象的理论分析原子核衰变现象是现代物理学中的一个重要研究领域。
它不仅在核能利用、核武器研制等方面具有重要的应用价值，同时还深刻揭示了原子核内部结构及其物理性质。
本文将从理论方面对原子核衰变的相关知识进行分析，希望为读者增加对该领域的认识和理解。
1. 原子核的结构原子核是由质子和中子组成的，质子具有正电荷，中子无电荷。
原子核内部的质子和中子组成了一种复杂的结构，形成了核子。
核子间相互作用的机制主要有强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用。
其中，强相互作用是最重要的一种相互作用，它负责维系核子的结构和稳定性。
2. 原子核衰变的种类原子核衰变是指原子核自发地发生变化，释放出一定能量和粒子的过程。
根据原子核衰变时释放的粒子类型不同，可以将原子核衰变分为α衰变、β衰变和γ衰变三种类型。
（1）α衰变α衰变是一种放射性衰变的类型，它的特点是放射性核素可以放出带电的氦原子核。
α衰变通常发生在重元素核内部，其中以铀、钍、镭等元素的α衰变最为典型。
（2）β衰变β衰变是一种放射性衰变的类型，它的特点是放射性核素可以放出带电的电子或反电子（即正电子）。
β衰变通常发生在轻质元素核内部。
β衰变具有很大的能量，可产生高速电子、中子、伽马射线等放射性粒子。
（3）γ衰变γ衰变是一种放射性衰变的类型，它的特点是放射性核素可以释放出高能量的电磁波，即伽马射线。
相对于α衰变和β衰变，γ衰变的衰变速率很慢，但它产生的放射性粒子的能量很高，有很强的穿透力。
3. 原子核衰变的理论分析原子核衰变是一个极为复杂的物理过程，它涉及到原子核的内部构造、相互作用、能量转移等多个方面。
为了对原子核衰变进行理论分析，目前主要采用的是量子力学方法和统计力学方法。
（1）量子力学方法量子力学方法是通过数学模型将微观粒子描述为波动性粒子，并考虑原子核内外电子的透镜效应影响，让普通的物理学者可以更好地加深对原子核结构和衰变的理解。
通过量子力学方法的计算，可以得出原子核衰变的半衰期、能量谱线、粒子能谱等重要信息，从而深入分析和研究原子核内部结构和衰变机制。
原子核物理学中的衰变与裂变机制研究
原子核物理学中的衰变与裂变机制研究原子核物理学是研究原子核内部结构和性质的学科，它探索了原子核的形成和演化过程，以及核反应和核变换的机制。
在这个领域中，衰变和裂变是两个重要的研究课题，使我们更加深入地理解了原子核的行为和性质。
一、衰变机制的研究衰变是指一个原子核自发地变为另一种原子核的过程，可以通过放射性衰变或非放射性衰变来实现。
放射性衰变是指原子核内部发生自发性的核变换，伴随着放射性粒子的释放，而非放射性衰变是指通过核子转换或核子交换的方式，改变了原子核的组成成分。
研究衰变机制的过程中，核物理学家发现，衰变是由弱相互作用引起的。
弱相互作用是自然界的四种基本相互作用之一，它在粒子物理中起着重要作用。
在原子核物理学中，弱相互作用的存在导致了一些放射性核素的不稳定性，从而引发了衰变过程。
衰变过程中核发射的粒子通常包括α粒子、β粒子和伽马射线。
α衰变是指原子核释放出一个α粒子，其由两个质子和两个中子组成，通过发射α粒子来降低核的质量。
β衰变有两种形式：β-衰变和β+衰变。
β-衰变是指一个中子转变为一个质子，同时释放出一个电子和一个反中微子。
而β+衰变则是一个质子转变为一个中子，同时释放出一个正电子和一个中微子。
伽马射线则是通过原子核高能形变传播的电磁波。
二、裂变机制的研究裂变是指一个重核在中子入射下分裂成两个中等质量的核片的过程。
裂变通常发生在中重核的情况下，而轻核和重核之间的结合能差异较大，难以发生裂变。
在裂变过程中，中子的俘获导致重核的变变形。
当重核形变达到临界值时，原子核将分裂成两个中等质量的核片，同时释放出大量的能量。
这种裂变过程引发了核反应堆和核武器中应用的链式反应，从而产生巨大的能量。
裂变过程中释放出的两个中等质量核片称为裂变片。
为了研究裂变机制，核物理学家使用了各种实验和理论方法来探索裂变片的发射模式和反应特性。
他们发现，不同的原子核在裂变中生成不同的裂变片，其质量和能量分布具有一定的特征。
原子核的衰变和裂变
原子核的衰变和裂变原子核是物质的基本组成部分，它具有稳定和不稳定两种状态。
稳定的原子核能够持续存在，而不稳定的原子核则会经历衰变和裂变的过程。
本文将详细探讨原子核衰变和裂变的原理、过程以及与核能产生的关系。
一、原子核衰变原子核衰变是指不稳定的原子核自发地转变为其他原子核的过程。
这种转变是由于原子核中的粒子重新组合，通过释放或吸收粒子和能量来达到更稳定的能级。
原子核衰变的方式有多种，包括α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变α衰变是指不稳定原子核放射出一个α粒子而变成另一个原子核的过程。
α粒子由两个质子和两个中子组成，具有正电荷。
α衰变常见于具有较大质量数的原子核，如铀系列元素。
在α衰变中，原子核的质量数减少4，原子序数减少2，同时释放出大量能量。
2. β衰变β衰变是指不稳定原子核在放射β粒子的同时发生变化。
β粒子可以是电子（β^-衰变）或正电子（β^+衰变）。
在β^-衰变中，一个中子分解为一个质子、一个电子和一个反中微子；而在β^+衰变中，一个质子转变为一个中子、一个正电子和一个中微子。
β衰变会导致原子核的质量数不变，但原子序数发生改变。
3. γ衰变γ衰变是指原子核从高能级跃迁到低能级时释放出γ射线的过程。
γ射线是高能电磁辐射，对物质具有穿透力。
γ衰变经常与α或β衰变同时发生，通过释放γ射线来平衡能量。
γ射线能够触发其他原子核的衰变，从而引发连锁反应。
二、原子核裂变原子核裂变是指通过撞击或吸收中子，不稳定的原子核分裂为两个或更多的碎片的过程。
裂变通常发生在重原子核，如铀和钚。
裂变过程中会释放出大量中子和能量，这些中子可以继续引发其他原子核的裂变，形成连锁反应。
原子核裂变的典型例子是铀的裂变。
当铀吸收中子后，会形成铀-236，这个核素非常不稳定，会分裂成若干个碎片，并释放出中子和能量。
裂变过程中的能量释放可以通过控制反应堆中的反应物质和中子流，从而实现核能的控制利用。
三、核能产生原子核衰变和裂变都能产生核能。
高中物理 第3章 原子核与放射性 第2节原子核衰变及半衰期知识导航素材 鲁科版选修3-5
第2节 原子核衰变及半衰期思维激活考古学中是怎样测定出土文物的年代?提示：放射性元素具有一定的衰变速率,不同元素的衰变速率不同,即半衰期是不一样的.根据衰变前后元素的剩余质量的关系:m 余=m 原(21)t/T ,可测出衰变时间t,从而确定出不同的年代.Rn 22286的衰变曲线自主整理一、天然放射现象的发现_______发现天然放射现象,揭开了人类研究原子核结构的序幕.通过对天然放射现象的研究,人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性,它们放射出来的射线共有三种. 1.α射线:速度约为光速的_______,贯穿作用_______,电离作用_______ 2.β射线:速度接近光速的_______,贯穿作用_______,电离作用_______. 3.γ射线:波长极短的电磁波,γ粒子就是光子,贯穿作用_______,电离作用_______.二、原子核的衰变1.定义:原子核自发地放出某种粒子而转变为_______的变化叫做原子核的_______.2.分类(1)α衰变:α衰变的实质是其元素的原子核同时放出由_______质子和_______中子组成的粒子(即氦核),每发生一次α衰变,新元素与原元素比较,核电荷数减少,质量数减少_______,即_______.(2)β衰变:β衰变的实质是其元素的原子核内的一个_______变成_______时放射出一个电子.每发生一次β衰变,新元素与原元素比较,核电荷数增加_______,质量数_______.即_______.(3)γ衰变:γ衰变是伴随着_______和_______同时发生的,γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时,产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子.三、半衰期1.定义:放射性元素的_______发生衰变需要的时间.2.半衰期的大小由放射性元素的原子核_______决定,跟原子所处的_______ (如压强、温度等)或_________ (如单质或化合物)无关.高手笔记1.原子核既然是由质子和中子组成的,那么为什么还会从原子核里发射出α粒子、β粒子?实际上,发射出来的α粒子和β粒子仍是原子核内的质子和中子结合或转化而成的.α粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的,β粒子是原子核内的中子转化为质子时产生并发射出来的.所以不能因为从原子核中发射出α粒子和β粒子就认为原子核也是由它们组成的.2.三种射线的比较板铅板对空气的电离作很强较弱很弱用在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光名师解惑1.对半衰期概念的理解剖析:半衰期是反映大量原子核衰变快慢的统计规律.当样品中的原子数目减小到统计规律不再起作用的时候,我们就不能按半衰期的公式去计算了.例如:2 g的Bi所含的原子核数目大,可按半衰期公式进行计算.而20个Bi核,就不再满足统计规律,也就无法判断有多少个Bi核发生了衰变.而且对单个Bi核,其何时衰变完全是偶然的,无法确定它将何时发生衰变.2.书写衰变方程的依据剖析:质量数守恒和电荷数守恒是书写衰变方程的重要依据,但要以衰变的事实为基础,不能仅仅根据两条守恒定律随意书写事实上不存在的衰变方程.另外,衰变方程是不可逆的,方程中只能用箭头“→”连接并指示衰变方向,而不能用等号“”连接.讲练互动【例题1】如图3-2-1,放射源放在铅块上的细孔中,铅块上方有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外.已知放射源放出的射线有α、β、γ三种.下列判断正确的是( )图3-2-1A.甲是α射线、乙是γ射线、丙是β射线B.甲是β射线、乙是γ射线、丙是α射线C.甲是γ射线、乙是α射线、丙是β射线D.甲是α射线、乙是β射线、丙是γ射线解析：粒子垂直进入磁场,若带电则必受洛伦兹力的作用而做圆周运动,轨迹为圆弧,而乙为直线,可判定其为不带电粒子,即乙是γ射线;再根据左手定则,即可判定甲为β射线,丙为α射线,故B 正确. 答案：B 绿色通道对衰变中放出的三种粒子不同性质及其在磁场或电场中的偏转问题进行定性分析. 变式训练1.放射性元素放出的射线,在电场中分成a 、b 、c 三束,如图3-2-2所示,其中( )图3-2-2A.c 为氦核组成的粒子B.b 为比X 射线波长更长的光子流C.b 为比X 射线波长更短的光子流D.a 为高速电子组成的电子流解析：根据射线在电场中的偏转情况,可以判断,a 射线向电场线方向偏转应为带正电的粒子组成的α射线,b 射线在电场中不偏转,所以为γ射线;c 射线受到与电场方向相反的电场力,应为带负电的粒子组成的β射线. 答案：C【例题2】铀(U 23892)经过α、β衰变形成稳定的铅(Pb 20682),问在这一变化过程中,共有多少中子转变为质子( )A.6B.14C.22D.32解析：U 23892衰变为Pb 20682,需经过8次α衰变和6次β衰变,每经过一次β衰变就会有一个中子转变为质子同时放出一个电子,所以共有6个中子转化为质子. 答案：A 绿色通道在分析有关α、β衰变的问题时,应抓住每次α衰变质量数减4、电荷数减2和每次β衰变时质量数不变、电荷数加1这一衰变规律进行分析. 变式训练2.U 23892衰变成Rn 22286共发生了__________次α衰变和__________次β衰变. 解析：根据衰变规律,Rn 的质量数比U 的质量数减少了238-222=16,而天然放射只有α衰变才能使质量数减少,且每次α衰变减少质量数为4,故发生了16÷4=4次α衰变.因每次α衰变核的电荷数减少2,故由于α衰变核的电荷数应减少4×2=8.而Rn 核的电荷数仅比U 核少了92-86=6,故说明发生了2次β衰变(即92-8+2=86). 答案：4 2【例题3】古墓中发现一古代植物,测得里面含碳14与碳12的比例是现代植物中比例的三分之一,已知碳14的半衰期为 5 730年,求这种植物生长期距今有多少年?(lg2=0.3,lg3=0.48)解析：设植物活着时碳14与碳12比值为k=1214N N ,植物死后t 年时,碳14与碳12的比值为k′=1214'N N .则:1414''N N k k =.由半衰期公式得:Tt N N k k 21''1414===31,解得: t=(lg3/lg2)T=(0.48/0.3)×5 730年=9 168年.可见该植物体的生长期距今约为9 168年. 答案：9 168年 绿色通道14C 衰变,在植物死后不能得到补充,因此它与植物体内的12C 的比例会减少.变式训练3.放射性元素的半衰期是( )A.质量减少一半需要的时间B.原子量减少一半需要的时间C.原子核全部衰变需要时间的一半D.原子核有半数发生衰变需要的时间 解析：放射性元素的半衰期是对大量的原子核而言,原子核的个数有一半发生衰变的时间叫半衰期,故D 项正确. 答案：D【例题4】如图3-2-3所示，在匀强磁场中的A 点，有一个静止的原子核，当它发生哪一种衰变时，射出的粒子以及新核的轨道才做如图所示的圆周运动,并确定它们环绕的方向.若两圆的半径之比是44∶1，这个放射性元素原子核的原子序数是多少？图3-2-3解析：原子核衰变时,遵守动量守恒定律.由原子核的初态是静止的,可以判定出衰变时射出的粒子与新核的动量大小相等、方向相反.现由图可知新核与该粒子尽管速度方向相反,但受的磁场力方向却相同,新核带正电,则该粒子带负电,这说明发生的是β衰变.设其质量为m,在磁感应强度为B 的匀强磁场中,以速度v 做匀速圆周运动,其运动半径为R=qBmv,由衰变时动量守恒知射出粒子的动量m 1v 1等于新核动量m 2v 2,而B 相同,所以R 与q 成反比,新核的q 值都比较大,可判定出衰变射出粒子的运动轨道半径大,新核半径小,知大圆是放射出的粒子的轨迹,小圆则是新核的轨迹.根据左手定则判断：在A 点发射出的粒子是负电子，它的初速度水平向左，沿圆轨道顺时针方向旋转.新核初速度水平向左，沿圆轨道逆时针旋转且有1441221==q q R R .可从发射粒子的电荷数确定新核的电荷数,由于衰变过程中电荷数守恒,可求出原来放射性元素原子核的电荷数即它的原子序数.q1=e,电荷数是1，所以q2=44e，电荷数是44.根据电荷守恒定律，原来的放射性元素原子核的原子序数是45，它发生的是β衰变，电子顺时针方向做匀速圆周运动，新核逆时针做匀速圆周运动.答案：45绿色通道原子核在衰变过程中,不仅质量数、电荷数守恒.其动量、能量也同时守恒,并兼顾带电粒子在匀强磁场中的运动规律.变式训练4.在匀强磁场中,一静止的放射性原子核发生衰变,放出一个粒子后变为另一新原子核,为此拍得如图3-2-4所示两个相切的圆形径迹的照片,则( )图3-2-4A.图甲为发生α衰变的照片,其中大圆为α粒子的径迹B.图甲为发生β衰变的照片,其中大圆为电子的径迹C.图乙为发生α衰变的照片,其中大圆为α粒子的径迹D.图乙为发生β衰变的照片,其中大圆为电子的径迹解析：图为内切圆时,原子核发生β衰变,大圆为β粒子的轨迹;图为外切圆时,原子核发生α衰变,大圆为α粒子的轨迹.答案：AD体验探究【问题】考古学家如何把放射性同位素作为“时钟”,测定土层、化石、古木年代的? 导思：不同的放射性同位素具有不同的半衰期,且不随状态、温度的改变而改变.在自然界中同位素的含量是稳定的.探究：在土层、化石、古木枯死后,其内部不再与外界进行物质交换,而内部的放射性同位素仍在进行衰变,不断减小,因此,可以根据放射性强度的大小情况算出它们的时间. 教材链接教材P 52《讨论与交流》参照α衰变规律的分析过程,通过分析Th 23490的衰变方程寻找β衰变的规律,找出新生成的核与原来的核的电荷数、质量数有什么关系,在元素周期表中的位置怎样变化,并试着用一个通式来表示.与同学交流自己的见解.答：Th 23490发生β衰变方程为Th 23490→e 01-+Pa 23491,新生核比原来的核质量数没有改变,电荷数增加1,新生核在元素周期表中的位置后移一位.其规律可表示为X A Z→e 01-+Y AZ 1+.X 为原来的原子核,Y 为新生成的原子核.。
原子核衰变与半衰期：原子核衰变过程与半衰期的计算与应用
原子核衰变与半衰期：原子核衰变过程与半衰期的计算与应用原子核衰变是指原子核自发地释放粒子或能量，以达到更稳定的状态。
它是一种自然现象，在很多放射性元素中都存在。
原子核衰变的过程中，会发生不同类型的衰变，包括α衰变、β衰变和γ衰变。
这些衰变过程与半衰期密切相关。
首先，让我们来了解一下原子核中的粒子构成。
原子核由质子和中子组成，它们分别带有正电荷和中性电荷。
质子数目决定了元素的原子序数，而中子数目则决定了同位素的性质。
有些核素对于保持稳定状态来说，质子数和中子数要相等，这样的核素就是稳定核素。
然而，有些核素的质子数或中子数不平衡，它们会通过衰变来恢复平衡。
δ衰变是一种常见的原子核衰变形式。
在α衰变中，原子核会释放出一个α粒子，这是由两个质子和两个中子组成的带2个正电荷的粒子。
α粒子释放出来后，原子核的质子数和中子数都会减少2个，从而使原子核更为稳定。
β衰变则有两种形式：β-衰变和β+衰变。
在β-衰变中，一个中子会转化为一个质子，同时释放出一个电子和一个反中微子。
而在β+衰变中，一个质子会转化为一个中子，同时释放出一个正电子和一个中微子。
半衰期是描述原子核衰变速度的一个重要概念。
它是指衰变物质的原子核数量减少到初始数量的一半所需的时间。
半衰期可以用数学公式来计算。
假设初始时刻有N0个原子核，经过时间 t 后，有 N 个原子核剩余，则半衰期T为：N = N0 * (1/2)^(t/T)通过这个公式，我们可以计算得到半衰期。
半衰期的应用非常广泛。
在医学上，半衰期可以用于放射性同位素的治疗和诊断。
例如，碘-131是一种常用的放射性同位素，它的半衰期为8.02天。
碘-131广泛应用于甲状腺癌的治疗，通过发射β粒子来杀死癌细胞。
对于甲状腺扫描，医生可以注射一定剂量的碘-131，然后通过检测衰变过程来观察甲状腺的功能和结构。
在考古学和地质学中，半衰期可以用来确定物质的年龄。
例如，放射性碳-14（C-14）的半衰期约为5730年。
原子核的衰变和核反应机制
原子核的衰变和核反应机制在物理学中，原子核的衰变和核反应是两个重要的概念。
原子核的衰变是指原子核自发地发生变化，而核反应是指两个或多个原子核相互作用产生新的原子核。
这两个过程在核物理研究中具有重要的意义，并且对于我们了解宇宙的奥秘也起着至关重要的作用。
一、原子核的衰变机制原子核的衰变是指原子核发生变化，其中最常见的衰变方式是放射性衰变。
放射性衰变是一种自发的过程，其中原子核在释放粒子或辐射的同时，转变成一个新的原子核。
放射性衰变的过程中常见的粒子有α粒子，β粒子和γ射线。
这些粒子的释放会导致原子核的质量和电荷发生变化。
α粒子是最常见的放射性粒子之一。
它由两个质子和两个中子组成，等于带有正电荷的氦原子核。
当发生α衰变时，原子核会释放出一个α粒子，同时质子和中子的数量会减少两个，这使得原子核的质量数减少4。
α衰变通常发生在大质量的放射性同位素中，以减小原子核的能量。
除了α衰变，β衰变也是一种常见的放射性衰变方式。
在β衰变过程中，原子核会释放出一个带有负电荷的β粒子。
这个β粒子实际上是一个高能电子或位置。
通过释放β粒子，原子核中的中子会转变成一个质子，这将导致原子核的质量不变，但质子的数量会增加一个。
β衰变通常发生在中性或质子过剩的原子核中，以增加原子核的稳定性。
γ射线是另一种常见的放射性衰变形式。
与α和β衰变不同，γ射线本质上是一种电磁辐射，而不是粒子。
γ射线的释放可以释放原子核中的余能，使原子核进一步稳定。
在α或β衰变之后，原子核常常处于激发状态，通过释放γ射线来降低能量，使原子核回到基态。
二、核反应的机制核反应是指两个或多个原子核相互作用，产生新的原子核。
核反应可以通过不同的方式发生，最常见的核反应是核裂变和核聚变。
核裂变是指原子核在受到一定条件下被撞击后分裂成两个或更多的碎片。
这个过程通常是通过轰击高能粒子或加速器来实现。
核裂变常常释放大量的能量，并且是核电技术和核武器的基础。
核聚变是指原子核在高温和高压条件下相互融合形成新的核。
原子核衰变后在磁场中的运动轨迹
原子核衰变后在磁场中的运动轨迹1. 引言：让我们聊聊原子核的衰变嘿，大家好！今天我们来聊聊一个挺有趣的主题——原子核衰变后的运动轨迹。
听到这里，别慌，这听上去可能有点儿“高大上”，但实际上，我们只需要把复杂的科学概念想象成一场有趣的游戏，就能更轻松地理解。
想象一下，原子核就像是一个玩具车，而磁场则是车道上的各种弯曲和障碍。
我们要做的，就是弄清楚这个车在不同的车道上如何“跑”。
2. 原子核衰变的基本概念2.1 什么是原子核衰变？首先，让我们从头说起。
原子核衰变，就是原子核变得不稳定，然后通过发射粒子来变得稳定的过程。
这就像一个过于热的锅子，最后会喷出蒸汽来降温一样。
原子核衰变时，它会发射出不同类型的粒子，比如α粒子、β粒子和γ射线，每种粒子都有自己独特的“个性”。
2.2 磁场的作用接下来，我们得聊聊磁场。
磁场就像是一种看不见的力量场，它可以影响到所有带电的粒子。
比如，你用磁铁吸引铁钉一样，磁场对带电粒子的作用也是非常强大的。
当带电粒子在磁场中运动时，它们的轨迹就会发生变化。
这里面就有一个有趣的物理现象，那就是“洛伦兹力”，它会使粒子偏离直线轨迹，让它们沿着弯曲的路径运动。
3. 原子核衰变后粒子的轨迹3.1 轨迹的类型当我们把衰变后的粒子放进磁场中，它们的轨迹会变得非常有趣。
α粒子因为质量比较大，电荷也比较多，所以它们在磁场中的轨迹弯曲得特别明显。
相对而言，β粒子比较小，质量轻，所以它们的轨迹就弯得没那么厉害。
而γ射线由于没有电荷，它们就不受磁场影响，走直线最简单了。
3.2 实际应用你可能会问，这些看似“科学怪人”的粒子运动对我们有什么用呢？其实，它们有很多实际应用。
比如在医学里，放射治疗就是利用这些粒子的特性来对抗癌细胞。
在粒子加速器中，我们也需要通过磁场来控制这些粒子的运动轨迹，进行各种实验。
总之，这些看似复杂的原理，实际上是我们生活中很多高科技的基础。
4. 总结：科学与日常生活的奇妙联系好了，朋友们，我们今天的“科学之旅”就到这里。
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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