第二章 放射性和核的稳定性

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《原子核物理》
放射性现象的性质：
实验表明，改变放射性核素的温度、压力或磁场等物
理环境条件，都不能抑制或明显改变射线的发射。原 因是放射性现象是由原子核的变化引起的，与核外电 子状态的改变关系很小。因此对放射性的研究是了解 原子核的重要手段。 放射性与原子核衰变密切相关。原子核自发地放射出 α射线或β射线等粒子而发生的核转变称为核衰变。
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《原子核物理》
放射性与放射性核素：
现在已经知道有许多天然的和人工生产的核素都能自
发地发射各种射线。有的发射α 射线、有的发射β 射线， 有的发射α 、 β 和γ 射线的各种组合射线。此外，还有 发射正电子、质子、中子等其它粒子的； 原子核自发地放射各种射线的现象称为放射性； 自发地放射各种射线的核素称为放射性核素，又称不 稳定核素；
产放射性，这叫人工放射性。目前，人工放射性核素远比天然 反射性核素要多，它在科学研究和生产实践中发挥着更大的作 用。
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2.1.2 放射性衰变的指数衰减规律：
一种放射性原子核经过或衰变会变成另一种原子核。实验发现这种变化
即使对同一核素的许多原子核来说，也不是同时发生的，而是有先有后。 因此，对于任何放射性物质，其原有的放射性原子核的数量将随时间的推 移变得越来越少。 实验表明，任何放射性物质在单独存在时都服从指数衰减规律，如果用任 意时刻t放射性物质的原子核数N（t）在时间增量 dt内的变化量 dN（t） 来描述，实验结果按一阶近似遵从如下规律：
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洛伦兹力＝qvxB
放射源
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α、β和γ射线的特性和穿 透本领：
α 射线是高速运动的氦原
子核（ 又称α 粒子）组 成的，它在磁场中的偏 转方向与正离子流的偏 转相同，电离作用大， 穿透本领小。 β射线是高速运动的电子 流，它的电离作用较小， 穿透本领较大。 γ 射线是波长很短的电磁 波，它的电离作用小， 穿透本领大。
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Y＋4 （2.1 1) 2 He Pb＋ He
4 2
210 84
Po
206 82
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β 衰变：
β衰变可细分为三种，放射电子的称为β －衰变；放射正电子 的称为β+衰变；俘获轨道电子的称为轨道电子俘获。子核 和母核的质量数相同，只是电荷数相差1，是相邻的同量异 位素。三种β衰变可分别表示为：
A Z A Z A Z
X X
A Z＋1 A Z 1 －
Y＋e－
A Z 1
（2.1 2a) （2.1 2b)
Y＋e
X ＋e
32 15
Y （2.1 2c)
其中e-和e+分别代表电子和正电子。例如：
－ P 32 S ＋ e 16
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跃迁和 放射性：
放射性既与 跃迁相联系，也与 衰变或β衰变相联系。 和β衰变的子核往往处于激发态。处于激发态的原子核 要向基态跃迁，这种跃迁称为 跃迁。在 跃迁中要放射 出 射线。 射线的自发放射一般是伴随 或β射线产生
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第二章 放射性和核的稳定性
2.1 放射性衰变的基本规律 2.2 放射性平衡 2.3 人工放射性的生长 2.4 放射性活度单位 2.5 放射性年鉴法 2.6 原子核的结合能 2.7 原子核稳定性的经验规律 2.8 原子核的液滴模型 2.9 原子核结合能的半经验公式
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2.1 放射性衰变的基本规律
将(2.1-3)积分可得如下指数衰减规律：
N(t)=N0e-λt （2.1-5)
式中N0是初始时刻该放射性物质原子核的数目。对上式 两边取自然对数得到如下对数坐标系中的线性方程： lnN(t) = lnN0 - λ t (2.1-6)
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将(2.1-5)和（2.1-6)分别以氡－222为例，在N～t和
2.1.1 放射性的一般规律 1896年，贝可勒尔（Hendrik Antoon Becquerel)发
现铀矿物能发射出穿透力很强、能使照相底片感光的不 可见的射线。 在磁场中研究该射线的性质时证明它是由下列三种成份 组成:
在磁场中的偏转方向与带正电的离子流的偏转相同,称为α 射线 在磁场中的偏转方向与带负电的离子流的偏转相同，称为β 射线 不发生任何偏传，称为γ 射线
的。
例如： 60
27 Co
60 28
Ni＋e－
跃迁与 衰变或β 衰变不同，不会导致核素的变化，
而只改变原子核的内部状态，因此 跃迁的子核和母核 的电荷数和质量数均相同。
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天然放射性和人工放射性：
天然放射性是指天然存在的放射性核素所具有的放射性。它
们大多属于由重元素组成的三个放射系 , 即钍系、铀系和锕 系。以后还要专门讨论这三个放射系。此外还存在一些非系 列的天然放射性核素,例如：
生的转变，统称为β 衰变。
原子核自发地发射α射线而发生的转变叫做α 衰变。 原子核自发地发射正、负电子或俘获一个轨道电子而发
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α 衰变：
在α衰变中，衰变后的剩余核Y（通常叫子核）与衰变前的原子核X （通常叫母核）相比，电荷数减少2，质量数减少4。可用下式表示：
例如:
A Z
X
A－4 Z－2
3 1 40 50 87 115 H( 氚), 14 C( 碳 ), K( 钾 ), V( 钒 ), Rb( 铷 ), 6 19 23 37 49 In( 铟), 142 144 Te( 碲), 138 La( 镧 ), Ce( 铈 ), 57 58 60 Nd( 钕 ) 130 52
几十年前，人们可以用人工办法（例如反应堆和加速器）来生
用文字的方式可叙述为：
任何放射性物质在单独存在时，在任意时刻t该放射性物质的原子
核数N（t）在时间增量dt内的减少量－dN（t）正比于t时刻该原 子核数N（t）与时间增量dt的乘积
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－dN（t)= λN(t)dt
（2.1-3)
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用数学公式可写为：
－dN（t)= λ N(t)dt （2.1-3) 式中比例系数λ 称为衰变常量,即： λ ＝－dN(t)/N(t)/dt (2.1-4) λ 是在单位时间内每个原子核的衰变概率；