核物理基礎(chǔ)與輻射防護(hù)(1)-資料下載頁
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【正文】 3cm2， 通常物質(zhì)的原子密度 n ~1022cm－ 3， 平均自由程 l為 ： 2 1 1 62 2 4 311 c m 1 0 c m 1 0 k m1 0 1 0l n ? ?? ? ? ??20220530 55 中微子 和 反中微子 ： 互為反粒子，有相同的質(zhì)量、電荷、自旋、磁矩。 差別： 1. 自旋方向不同 ； 中微子自旋方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，左旋粒子； 反中微子自旋方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，右旋粒子。 2. 相互作用性質(zhì)不同 。 20220530 56 難題 2： 解決 ?－ 衰變中電子的來源問題？ Fermi 的 ? 衰變理論 (1934)： 中子 和 質(zhì)子 是核子的 兩個(gè)不同狀態(tài) ， 它們之間的轉(zhuǎn)變相當(dāng)于兩個(gè)量子態(tài)之間的躍遷 ， 在躍遷過程中放出電子和中微子 ， 它們事先并不存在于核內(nèi) 。 ?－ 衰變 的本質(zhì)是核內(nèi)一個(gè) 中子 變?yōu)?質(zhì)子 ， ?＋ 和 EC的本質(zhì)是一個(gè) 質(zhì)子 變?yōu)?中子 ， 導(dǎo)致產(chǎn)生電子和中微子的是弱相互作用 。 eepn ?~??? ??－ ： eenp ??????＋ ： eK nep ?????EC： 20220530 57 ?－ 衰變 eAZAZ eYX ?~1 ?????表達(dá)式： 母核 X 衰變?yōu)? 子核 Y、一個(gè) 電子 和一個(gè) 反中微子 ，核中一個(gè) 中子 變?yōu)榱?質(zhì)子 。 衰變前，母核 X靜止，根據(jù)能量守恒定律： YeYX TTTcmcmcm ????? ?? ~222衰變前 靜止質(zhì)量 衰變后 靜止質(zhì)量 衰變后 動(dòng)能 20220530 58 定義 ： ?衰變能 E0 為 反中微子 和 ? 粒子的動(dòng)能之和，也就是 衰變前后靜止質(zhì)量之差 。 即： 2~0 )]([ cmmmTTE eYX ????? ??衰變前后靜止質(zhì)量的質(zhì)量虧損 以原子質(zhì)量 M 代替核質(zhì)量 m ， 并忽略電子結(jié)合能 ? ? ? ? 20 ]))1(,1[(),( cmmZAZMZmAZME eee ???????有 ? ? ),1(,][ 20 AZAZcMME YX ???????或 20220530 59 ?－ 衰變 發(fā)生的條件 ： 0 ( ) 0E ?? ?? ? ? ?AZMAZM YX ,1, ?? 衰變前 母核原子質(zhì)量 必須 大于 衰變后 子核原子質(zhì)量 。 電荷數(shù) 分別為 Z和 Z＋ 1的 同量異位素 ， 只要 前者的原子質(zhì)量 大于 后者 ， 就能發(fā)生 ?衰變 。 20220530 60 ?＋ 衰變 eAZAZ eYX ?????? 1表達(dá)式： 母核 X 衰變?yōu)? 子核 Y、一個(gè) 正 電子 和一個(gè) 中微子 ，核中一個(gè) 質(zhì)子 變?yōu)榱?中子 。 衰變前，母核 X靜止，根據(jù)能量守恒定律： YeYX TTTcmcmcm ????? ??222衰變前 靜止質(zhì)量 衰變后 靜止質(zhì)量 衰變后 動(dòng)能 20220530 61 20 )]([)( cmmmE eYX ??????＋ 衰變能： 以原子質(zhì)量 M 代替核質(zhì)量 m ，并忽略電子結(jié)合能 20 ]2[)( cmMME eYX ?????eZmAZM ?),( emZAZM )1(),1( ???或： 20 2),1(),()( cmAZAZE e????????20220530 62 ?＋ 衰變 發(fā)生的條件 ： 0 ( ) 0E ?? ?? ? ? ? eYX mAZMAZM 2,1, ??? 電荷數(shù)分別為 Z 和 Z－ 1 的 同量異位素 ， 前者 的原子質(zhì)量 比 后者 的 大 兩倍電子質(zhì)量 ， 才能發(fā)生 ?＋ 衰變 。 20220530 63 EC(軌道電子俘獲 ) eAZAZ YeX ???? ??1表達(dá)式 母核 俘獲核外 軌道上 的一個(gè) 電子 ， 使母核中的一個(gè) 質(zhì)子 轉(zhuǎn)變?yōu)?一個(gè) 中子 ， 同時(shí)放出一個(gè) 中微子 。 K層電子離原子核最近 ， K電子俘獲最容易發(fā)生。 EC衰變能： iYX cMMECE ???? 20 )()(iYeX cmmmECE ????? 20 ][)(eZmAZM ?),( emZAZM )1(),1( ???iAZAZECE ??????? ),1(),()(0或： 20220530 64 EC 衰變 發(fā)生的條件 ： 0 ( ) 0E E C ?? ? ? ? 2/,1, cAZMAZM iYX ???? 電荷數(shù)為 Z 的核素要發(fā)生 EC衰變 ， 則它的原子質(zhì)量必須 比 它的電荷數(shù)為 Z－ 1 的 同量異位素 的原子質(zhì)量 大 。 2/ ci?20220530 65 由于： ie cm ???22所以， 能發(fā)生 ?＋ 衰變的原子核 總 可以 發(fā)生 軌道電子俘獲 ， 反過來不成立。 EC衰變 的 后續(xù)過程 ： 特征 X射線： K層電子少了一個(gè)，子核處于不穩(wěn)定的激發(fā)狀態(tài)，鄰近的 L層電子就會(huì)跳到 K層來填充空位，從而發(fā)射出特征 X射線，能量為 K層和 L層電子結(jié)合能之差值。 俄歇電子： 不發(fā)射特征 X射線，而是把這個(gè)能量轉(zhuǎn)交給另一個(gè) L層電子，使之克服結(jié)合能而飛出。 20220530 66 ?躍遷 ?衰變 ：原子核從 激發(fā)態(tài) 通過發(fā)射 ?光子 或 其他過程 躍遷到 較低能態(tài) 的過程。該過程 核電荷數(shù)不變 、 核子數(shù)不變。 ? 躍遷的基本特點(diǎn)： ? 躍遷發(fā)射 粒子能量在幾 KeV～十幾 MeV ? 躍遷半衰期 范圍為， 1016s～ 104s ? 躍遷包括 ?躍遷和內(nèi)轉(zhuǎn)換電子兩種形式。 20220530 67 ?躍遷是核能級(jí)之間的躍遷： ?? hhEEEE rfi ?????0 ?躍遷 ?光子的性質(zhì)： 靜止質(zhì)量 0 能量（動(dòng)質(zhì)量） 動(dòng)量 自旋（玻色子） 衰變能： ??? hE1?s?? hchP ??反沖核動(dòng)能 20220530 68 其中包括 電多極躍遷 和 磁多極躍遷 兩類。 電躍遷 主要是來自核中的電荷分布的貢獻(xiàn)； 磁躍遷 來自核中電荷運(yùn)動(dòng)造成的電流以及核子的磁矩的貢獻(xiàn)。 ?躍遷機(jī)制： 按照 量子電磁輻射理論 ， ?躍遷是由于處于激發(fā)態(tài)的 核子與周圍電磁場(chǎng) 的相互作用，發(fā)射光子回到低激發(fā)態(tài)或基態(tài)的過程。 20220530 69 原子核從激發(fā)態(tài)向較低能級(jí)躍遷時(shí)不一定放出 ?光子，而是把這部分能量直接交給核外電子，使電子離開原子，這種現(xiàn)象稱為 內(nèi)轉(zhuǎn)換 （ IC）。 iifie EEEE ?? ? ?????內(nèi)轉(zhuǎn)換電子 內(nèi)轉(zhuǎn)換電子能譜是 分立的 。 內(nèi)轉(zhuǎn)換電子主要來自原子的 內(nèi)電子層 。 內(nèi)轉(zhuǎn)換效應(yīng)與 發(fā)射光子是相互競(jìng)爭(zhēng)的 。 εi是 i層電子的結(jié)合能 忽略反沖核動(dòng)能，內(nèi)轉(zhuǎn)換電子的動(dòng)能為：
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