物理-粒子/能量-衰变：百科

Posted 2020-11-26 storebook

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衰变亦称“蜕变”，指放射性元素放射出粒子而转变为另一种元素的过程，如镭放出α粒子后变成氡。

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中文名：衰变

外文名：Radioactive decay

应用学科：粒子或能量

适用领域范围：经常用于形容化学粒子属性

目录

1. 1 简介
2. 2 α衰变
3. 3 β衰变
4. 4 γ衰变

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简介

不稳定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可变得较为稳定，这个过程称为衰变(Radioactive decay)。这些放射出的粒子或能量(后者以电磁波方式射出) 统称辐射(radiation)。由不稳定原子核发射出来的辐射可以是α粒子、β粒子、γ射线或中子。

放射性核素在衰变过程中，该核素的原子核数目会逐渐减少。衰变至只剩下原来质量一半所需的时间称为该核素的半衰期(half-life)。每种放射性核素都有其特定的半衰期，由几微秒到几百万年不等。

原子核由于放出某种粒子而变为新核的现象．原子核是一个量子体系，核衰变是原子核自发产生的变化，它是一个量子跃迁过程，它服从量子统计规律．对任何一个放射性核素，它发生衰变的精确时刻是不能预知的，但作为一个整体，衰变的规律十分明确．若在dt时间间隔内发生核衰变的数目为dN，它必定正比于当时存在的原子核数目N，显然也正比于时间间隔dt .衰变不受任何条件的影响，是物质特有的性质。

衰变有3种：α衰变、β衰变、γ衰变

 

α衰变

放射性探测器下的α粒子源

α衰变是一种放射性衰变。在此过程中，一个原子核释放一个α粒子（由两个中子和两个质子形成的氦原子核），并且转变成一个质量数减少4，核电荷数减少2的新原子核。

一个α粒子与一个氦原子核相同，两者质量数和核电荷数相同。α衰变从本质上说，是量子力学隧道效应的一个过程。与β衰变不同，它由强相互作用支配。

衰变产生的α粒子的动能通常为5MeV左右，速度是30,000km/s，光速的十分之一。因为它质量相对较大，带两个单位的正电荷，速度相对较慢（针对其他衰变粒子），所以它们容易与其他原子相互作用而失去能量。因此，它们可以被一层几厘米厚的空气几乎完全吸收。

α衰变过程表示为：

母核与子核的静质能之差称为衰变能E衰：

E衰= (Mx-MY-Ma)c1

它分配给子核与a粒子的动能U衰变过程中的粒子速度远小于光速，可按非相 对论性处理能量、动量）
　　E衰 = Eγ + Eα = 1/2Mγv1γ+1/2Mαv1α
　　由动量守恒可推：

通常重元素发生α衰变，有A>>4,所以Eα≈E衰

推论表明，每一种产生a放射性的物质，只放出单一能量的α粒子。但精确 的测量发现，同一种α放射性物质能放射出几组不同能量的^粒子，形成α能谱的精细结构，这就揭示了原子核能级的分立性：与原子类同，原子核也存在一系列离散的能级。α衰变过程中，子核与母核(一般是母核）可处于不同的能级，因而放射出的α粒子也就可以有不同的能量。

 

β衰变

β衰变是一种放射性衰变。在此过程中，一个原子核释放一个β粒子（电子或者正电子），分为β+衰变（释放正电子）和β-衰变（释放电子）。

β-衰变中，弱相互作用把一个中子转变成一个质子，一个电子和一

量子力学角度的β衰变

个反电子中微子。其实质是一个下夸克通过释放一个W-玻色子转变成一个上夸克。W-玻色子随后衰变成一个电子和一个反电子中微子。

β+衰变中，一个质子吸收能量转变成一个中子，一个正电子和一个电子中微子。其实质是一个上夸克通过释放一个W+玻色子转变成一个下夸克。W+玻色子随后衰变成一个正电子和一个电子中微子。

与β-衰变不同，β+衰变不能单独发生，因为它必须吸收能量。在所有β+衰变能够发生的情况下，通常还伴随有电子捕获反应。

天然的放射性β衰变发出射线， 人工放射性衰变有两种：β+衰变和K电子俘获。三种衰变反应式如下：

 

γ衰变

γ辐射通常伴随其他形式的辐射产生，例如α射线，β射线。当一个原子核发生α衰变或者β衰变时，生成的新原子核有时会处于激发态，这时，新原子核会向低能级发生跃迁，同时释放γ粒子。这就是γ辐射。

γ射线，x-射线, 可见光和紫外线,都是不同形式的电磁辐射。唯一的区别是光的频率，也就是光子的能量。γ光子的能量最高。

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