【正文】 ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) 第 十二 章 放 射 性 和 核 反 應(yīng) ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) 放射性衰變過程－自發(fā)核反應(yīng) 放射性衰變動(dòng)力學(xué) 核的穩(wěn)定性和放射性衰變類型的預(yù)測(cè) 質(zhì)量虧損和核結(jié)合能 核裂變與核聚變 超重元素的合成 習(xí)題 : 4, 5, 7, 10, 13, 15, 18, 20(1)、 (3)、 (5)、 ( )(9)、 (11)、 (13) 要點(diǎn) ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) 原子核通過自發(fā)衰變或人工轟擊而進(jìn)行的核反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)有根本的不同： 第一 ， 化學(xué)反應(yīng)涉及核外電子的變化 ， 但核反應(yīng)的結(jié)果是原子核發(fā)生了變化 。 第二 ， 化學(xué)反應(yīng)不產(chǎn)生新的元素 ， 但在核反應(yīng)中 ，一種元素嬗變?yōu)榱硪环N元素 。 放射性衰變過程－自發(fā)核反應(yīng) ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) 第三 ， 化學(xué)反應(yīng)中各同位素的反應(yīng)是相似的 ， 而核反應(yīng)中各同位素的反應(yīng)不同 。 第四 ， 化學(xué)反應(yīng)與化學(xué)鍵有關(guān) ， 核反應(yīng)與化學(xué)鍵無關(guān) 。 第五 ， 化學(xué)反應(yīng)吸收和放出的能量大約為 10～ 103 kJmol－ 1， 而核反應(yīng)的能量變化在 108～ 109 kJmol－ 1。 最后 ， 在化學(xué)反應(yīng)中 ， 反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量不變 ， 但在核反應(yīng)中會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損 。 ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) 基本粒子簡(jiǎn)介 基本粒子是泛指比原子核小的物質(zhì)單元 ， 包括電子 、 中子 、 質(zhì)子 、 光子以及在宇宙射線和高能原子核實(shí)驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的一系列粒子 。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的基本粒子有 30余種 ， 連同它們的共振態(tài) (基本粒子相互碰撞時(shí) ， 會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成由二個(gè) 、三個(gè)粒子結(jié)合在一起的粒子 )共有 300余種 。 許多基本粒子都有對(duì)應(yīng)的反粒子 。 ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) 每一種基本粒子都有確定的質(zhì)量 、 電荷 、 自旋和平均壽命 ， 它們多數(shù)是不穩(wěn)定的 ， 在經(jīng)歷一定的平均壽命后轉(zhuǎn)化為別種基本粒子 。 一些重要的基本粒子的性質(zhì)已經(jīng)確定并列成了表 ，認(rèn)識(shí)這些基本粒子的特性對(duì)了解放射性衰變具有重要意義 。 ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) 根據(jù)基本粒子的靜止質(zhì)量大小及其他性質(zhì)差異可將基本粒子分為四類：光子 、 輕子 、 介子和重子 (包括核子 ， 超子 )。 物質(zhì)是無限可分的 ， 基本粒子的概念將隨著人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的進(jìn)展而不斷發(fā)展 。 事實(shí)上 ， “ 基本粒子 ” 也有其內(nèi)部結(jié)構(gòu) ， 因而不能認(rèn)為 “ 基本粒子 ” 就是物質(zhì)最后的最簡(jiǎn)單且基本的組成單元 ， 而且 ， 也并非所有的基本粒子都存在于原子核中 ，一些基本粒子 ， 如正電子 、 介子 、 中微子等都是核子 (質(zhì)子和中子的總稱 )—— 核子以及質(zhì) —— 能相互作用的副產(chǎn)物 。 ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) 一些重要的基本粒子的特征 分類 粒子 符號(hào) 電荷 ( 以電子電荷為單位 ) 質(zhì)量 ( 以電子質(zhì)量作單位 ) 自旋 衰變 平均壽命 光子 光子 γ 0 0 穩(wěn)定 0 .0 0 5 1 /2 1 .0 0 0 1 /2 1 .0 0 0 1 /2 輕子 中微 子 電子 正電子 μ 子 ν e－， β－ e＋， β＋ μ? 0 － 1 ＋ 1 ? 1 206 1 /2 e?＋ 2ν 穩(wěn)定 穩(wěn)定 ( ＞ 5 1021年 ) 穩(wěn)定 ( ＞ 5 1021年 ) 5 10－ 6 s 273 0 介子 π π π? π0 ? 1 0 263 0 μ?＋ ν ν 2 5 n s 5 10－ 14 s 1836 1 /2 1836 1 /2 1840 1 /2 重子 質(zhì)子 反質(zhì)子 中子 超子 P＋，11H P－ n Λ? ＋ 1 － 1 0 ? 1 P＋＋ e－＋ ν n ＋ π? 穩(wěn)定 ( ＞ 5 1030年 ) 穩(wěn)定 ( ＞ 5 1030年 ) 9 1 8 s 0 .1 n s ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) 正電子在獨(dú)立存在時(shí)是穩(wěn)定的 ， 但與電子相遇時(shí)就一起轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子 。 反質(zhì)子 P－ 與質(zhì)子具有相同的特征 ， 只是電荷相反 ，在自然界反質(zhì)子不能穩(wěn)定存在 ， 因?yàn)樗芡镔|(zhì)相互作用而迅速毀滅 。 如果由一個(gè)中子 10n變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子 11P和一個(gè)電子 0－ 1e(三個(gè)粒子的自旋均為 1/2)時(shí) , 為了平衡自旋需要生成一個(gè)中微子 00ν。 中微子靜止質(zhì)量為 0, 電中性 , 自旋 1/2，以光速運(yùn)動(dòng) , 幾乎不被物質(zhì)所吸收 , 穿透力極強(qiáng) 。 可以將中子看成是被等量的負(fù)電荷所圍繞的質(zhì)子，作為一個(gè)整體，中子是電中性的。 ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) 放射性射線 天然放射性核素在衰變時(shí)可以放出三種射線： (1) α 射線 42He2＋ α 射線是帶二個(gè)正電荷的氦核流 ， 粒子的質(zhì)量大約為氫原子的四倍 ， 速度約為光速的 1/15， 電離作用強(qiáng) ，穿透本領(lǐng)小 ， mm厚的鋁箔即可阻止或吸收 α 射線 。 母核放射出 α 射線后 ， 子體的核電荷和質(zhì)量數(shù)與母體相比分別減少 2和 4。 子核在周期表中左移二格 ， 如 22688Ra 22286Rn2－ ＋ 42He2＋ 。 一般認(rèn)為 , 只有質(zhì)量數(shù)大于 209的核素才能發(fā)生 α 衰 變，因此， 209是構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定核的最大核子數(shù)。 ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) (2) β射線 0－ 1β (或 0－ 1e) β 射線是帶負(fù)電的電子流 ， 速度與光速接近 ， 電離作用弱 ， 穿透能力約為 α 射線的 100倍 。 核中中子衰變產(chǎn)生 0－ 1β： 10n 11P＋ 0－ 1e＋ 00 ν 核素經(jīng) β 衰變后 ， 質(zhì)量數(shù)保持不變 ， 但子核的核電荷較母核增加一個(gè)單位 ， 在周期表中位置右移一格 。 如 21082Pb 21083Bi＋ 0－ 1e ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) (3) γ 射線 γ 射線是原子核由激發(fā)態(tài)回到低能態(tài)時(shí)發(fā)射出的一種射線 ， 它是一種波長(zhǎng)極短的電磁波 (高能光子 )， 不為電場(chǎng) 、 磁場(chǎng)所偏轉(zhuǎn) ， 顯示電中性 ， 比 X 射線的穿透力還強(qiáng) ，因而有硬射線之稱 ， 可透過 200 mm厚的鐵或 88 mm厚的鉛板 ， 沒有質(zhì)量 ， 其光譜類似于元素的原子光譜 。 發(fā)射出 γ 射線后 ， 原子核的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)保持不變 ， 只是能量發(fā)生了變化 。 ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) (4) β＋ 射線 0＋ 1β或 0＋ 1e 作為電子的反物質(zhì) β＋ ， 它的質(zhì)量和電子相同 ， 電荷也相同 ， 只是符號(hào)相反 。 β＋ 衰變可看成是核中的質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子的過程： 11P 10n＋ 0＋ 1e＋ 00ν 式中 00ν是反中微子 。 當(dāng) β＋ 粒子中和一個(gè)電子時(shí) ， 放出兩個(gè)能量為 MeV的 γ光子 (這種現(xiàn)象叫 “ 湮沒 ” )。 β＋ ＋ β－ 2γ ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) (5) K 電子俘獲 人工富質(zhì)子核可以從核外 K層俘獲一個(gè)軌道電子 ，將核中的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化為一個(gè)中子和一個(gè)中微子： 11P＋ 0－ 1e 10n＋ 00ν 74Be＋ 0－ 1e(K) 73Li＋ 00ν 在 K 電子俘獲的同時(shí)還會(huì)伴隨有 X 射線的放出 ， 這是由于處于較高能級(jí)的電子跳回 K層 ， 補(bǔ)充空缺所造成的 。 ? ? ? ? 第十二章 :放射性和核反應(yīng) (6) 中子 (10n)輻射 具有高中子數(shù)的核都可能發(fā)生中子衰變 ， 不過 ， 由于核中中子的結(jié)合能較高 ， 所以中子衰變較為稀少 。 8736Kr 8636Kr＋ 10n ? ? ? ? 第十二章 :放射性