当前课程知识点：核辐射物理及探测学 > 第三章原子核的衰变 > 3.3 β衰变 > 3.3.2 中微子假说

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3.3.2 中微子假说在线视频

3.3.2 中微子假说

下一节:3.3.3 中微子的性质

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3.3.2 中微子假说课程教案、知识点、字幕

下面我们来看一看中微子假说

人们早期在研究

氚衰变成3He的时候

发现了一个矛盾

预期β电子的能量应该在这个地方

可是实际测量到的是黑色这条线

毫无疑问黑色是小于红色的

这个时候缺的能量去了哪里呢

能量是否还守恒呢

这个是现象是1914年

由查德威克发现的

在1927年由Ellis和1930年Meitner进行了确认

据此老波尔提出了

有没有可能在放射性过程中

能量守恒是不成立的

这是当时人们提出的一些问题

关于β衰变的疑问

我们这里稍后来详细的看一看

我知道Bi212在衰变的时候

可以衰变成Tl208

最后再衰变成Pb208

也可以衰变到Po212

最后再衰变成Pb208

这是有两个路径

它们的起点是一样的

终点也是一样的

在这两个路径我们发现

Po212的总衰变能

2.25+8.95这个数11.2

这个数和向左到Tl208

再到Pb208这个过程

这个总衰变能是一样的

这产生疑问就是

连续的β粒子能量与分立的

核能级的矛盾

因为11.2这数是一个定数

这两个能量关系是确定的

这个能量又是确定的

这2.25

2.25这个过程中的β粒子的能量

是连续的，不是分立的

这个该怎么去理解

第二个原子核衰变的时候

我们知道

原子核是由质子和中子构成的

电子不能在里边存在的

它现在又发出了电子

电子从哪来呢

第三个角动量的守恒问题

像氚它的自旋是1/2ℏ

它衰变成了He3和负电子之后

无论如何He3和负电子的

角动量的矢量和都不会是1/2ℏ

因为半整数半整数

只能偶合是整数

而轨道角动量也只能是整数

因此右边只可能是整数

左边是半整数

这是不守恒的

第四个费米子和玻色子的问题

氚是费米子

He3和电子这两个费米子的组合

它是个玻色子

统计也不同了

关于β粒子能量连续的假说呢

人们有这样几种解释说

β衰变的时候

母核首先通过发射β粒子

跃迁到子核的不同能级

然后子核再通过释放X光子方式

来到基态

这就要求子核有很多很多能级

能级也非常密集

这样才能得到连续的β能谱

但实际上发现γ的能谱是不连续的

甚至有的β衰变根本就没有X射线

所以这个解释是解释不通的

还有人说β粒子在离开

放射源之前

会不会已经发射能量的交换

它把部分能量留在了源内

因此你观测到的β粒子能量

会是偏小一点

实际上有人也做了工作

用了後壁量热器

把Bi210的所有的β粒子

都给捕获下来

捕获下来之后进行能量测量

发现确实每一个β粒子

所携带能量就是0.337兆

与观测到的能谱0.331是相相符合的

而与预测的β粒子最大能量

1.17兆相比差得很远

所以这个解释也不对

应该怎么解释

β衰变的时候

这个β粒子能量的不连续问题呢

我们需要看一个云室照片

这是He6→Li6+e-的照片

He6我们看不到

这里边里Li6、电子

这个云室照片如此

我们从这可以看出来

这里边Li6和电子的动量之和

应该在这个方向

与之对应的

另外一个方向的动量

是由谁携带走的呢

这是一个在这看不到

但应该存在的一个东西

它是谁呢

这就引出来泡利的中微子假说

认为原子核在β衰变的过程中

不仅放出来一个β粒子

同时还放出一个中性的微小粒子

也就是氚在衰变成He3和电子的同时

还会生出一个反电子中微子

这个反电子中微子很难被看到

所以不被我们注意到

那泡利在1930年12月4号

在给杂志投稿的时候

暗示了β衰变中会除了β粒子之外

还要发射出一个中性粒子

这个粒子的自旋是1/2ℏ

质量很小或者没有质量

与其他物质相互作用的截面很小

当时他把这个粒子

称之为neutron

就是现在中子这个名词

他在投稿的过程中讲了这样一句话

今天我做了一个在理论

物理学界

从来没有人做过的事情

我用一个没有办法

被观测到的事情

来解释一个无法被理解的事情

这是他在1930年时候的一些文字

但是Pauli的这个假设

是维护了能量、动量

和角动量守恒定律的

解释了统计问题

但是这毕竟是比较大胆的一个猜想

泡利直到1933年

才正式宣布他的假说

而这个时候

Chadwick已经于1932年

发现了中子

这个中子和泡利当时预言的

这个中子当然是很大不同的

1934年呢

Enrico·Fermi用泡利的假说

建立了β衰变的量子理论

并把泡利假设的这个粒子

命名为中微子（neutrino）

随后几年

证明费米理论能够对β衰变

实验做成功的解释

有了中微子之后

我们就可以解释β的连续能量了

β衰变有3个产物

子核、β粒子和中微子

其中中微子是不带电的中性粒子

它的质量很小

小到几乎为零

这样在反应之后的动量

就是由子核、β粒子和中微子

三者共同分担

衰变能也是有三者共同分担的

这就使得β的粒子的能量

将不再是单一的

是在最小和最大这个范围内的变化

在β-衰变的过程中

放出的是电子和反电子中微子

严格的表达式就是

氚变成了He3

加一负电子

加上一个反电子中微子

在β+衰变中

放出了是正电子和正电子中微子

例如N13衰变成C13的时候

会产生一个正电子

加上一个正电子中微子

在轨道电子俘获过程中

放出的是中微子

是正电子中微子

有了中微子之后

我们来看一看动能分配的极端情况

第一种情况就是

中微子不带走动量的情况

中微子不带走动量呢

它就什么也没有做，相当于

β粒子的动量和子核的反正动量

就是一样大的

只是方向相反

由于中微子没有带走动量

它静止质量被我们假设为零的时候

中微子的动量为零

所以它的动能也为零

这样衰变能由子核Tr

由β粒子Tβ

由中微子Tv共同承担

这时候Tv为零

所以E0就只能等于Tr+Tβ

这里边我们写出相对论公式

电子的动能将电子的静能

静止量对应的能量

这和的平方

应该等于它的静质量

对应能量平方加上

电子动量乘c的平方

由于子核的动能

等于子核动量平方除上子核的

质量的2倍

而这里边中微子不参与

没有分享动量

所以按Pr就等Pβ

因此就是Tr等于Pβ的平方

比上2倍的mr

然后这个Pβ

我们可以用这个式子来去做替代

把它放到这个分子上

因此Tr就完全用β粒子来表达了

这样总的衰变能就是T电子动能

加上子核的反冲动能

这两个之和

这里边所有的都是β的表达

E0最后等于Tβ乘上括号内的这一部分

由于电子的质量

通常是远远小于子核的质量的

这个β粒子动能

也是远远小于子核的

静质量所对应的能量的

因此这两项约等于0

所以Tβ乘这个系数基本就是1

所以简单的讲

衰变能基本就约等于

电子的动能

这是中微子不带走动量的时候

电子的情况

电子基本携带了全部的衰变能

因为我们所说的

Tβ=Eβmax≈E0

约等于这个衰变能

第二个极端情况就是

电子不带走动量

而不是中微子不带走动量

电子不带走动量就由中微子和子核

它们俩来去承担相同大的动量

但是方向相反的动量

这时候Pβ=0

自然总的衰变能

就是由子核的动能

和中微子的动能来承担的

这个时候β的粒子动能是零

这样我们就知道了

β粒子小的情况

它动能小到可以为零

大可以接近Eβmax

这就解释了

为什么我们在观测β衰变的时候

电子的能量是一个连续的分布

有很小接近零

也有比较大

因此中微子假说

是可以解释β衰变的时候

为什么电子的能量

不是一个单立值

而是一个连续的分布

核辐射物理及探测学课程列表：

第一章原子核的基本性质

-1.1 基础知识、常量与单位

--1.1.1 基础知识、常量与单位

-1.2 原子核的构成、表示方法与相关术语

--1.2.1 原子核的构成

--1.2.2 原子核的表示方法

--1.2.3 一些原子核相关的术语

-1.3 原子核的大小与稳定性规律

--1.3.1 原子核的大小

--1.3.2 核力的基本特性

--1.3.3 β稳定曲线及原子核的稳定性规律

--1.3.4 核势垒

-1.4 原子核的结合能

--1.4.1 质量亏损与质量过剩

--1.4.2 原子核的结合能与比结合能

--1.4.3 液滴模型

-1.5 原子核的自旋

--1.5.1 原子核的自旋

-1.6 原子核的磁矩与电矩

--1.6.1 原子核的磁矩

--1.6.2 原子核的电矩

-1.7 原子核的统计性质、宇称与能态

--1.7.1 原子核的统计性质

--1.7.2 原子核的宇称

--1.7.3 原子核的能态

-课后作业--作业

第二章原子核的放射性

-2.1 放射性衰变的基本规律

--2.1.1放射性的发现

--2.1.2原子核的放射性

--2.1.3衰变纲图

--2.1.4放射性衰变的基本规律

--2.1.5描述放射性的特征量

--2.1.6 放射性活度、比活度、射线强度

-2.2 递次衰变规律

--2.2.1 递次衰变规律

--2.2.2 放射性平衡与逐代衰变

-2.3 放射系

--2.3.1 放射系

-2.4 放射规律的一些应用

--2.4.1 放射源活度修正和源性质分析

--2.4.2 放射源制备时间与放射源活度确定

--2.4.3 碳-14断代年代法

--2.4.4 地质放射性鉴年法

--2.4.5 短寿命核素发生器

-课后作业--作业

第三章原子核的衰变

-3.1 原子核的衰变方式

--3.1.1 原子核的衰变方式

-3.2 α衰变

--3.2.1 α衰变的形式

--3.2.2 α衰变的特点

--3.2.3 α衰变的衰变能

--3.2.4 α衰变与核能级图

--3.2.5 α衰变的衰变常数

-3.3 β衰变

--3.3.1 什么是β衰变？

--3.3.2 中微子假说

--3.3.3 中微子的性质

--3.3.4 β-衰变

--3.3.5 β+衰变

--3.3.6 轨道电子俘获

--3.3.7 β衰变三种类型小结

--3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则

--3.3.9 β能谱形状与库里厄图

--3.3.10 衰变常数与比较半衰期

-3.4 γ跃迁

--3.4.1 什么是γ跃迁？

--3.4.2 γ跃迁的多极性与主要特点

--3.4.3 γ跃迁几率与选择定则

--3.4.4 同质异能跃迁

--3.4.5 内转换

-课后作业--作业

第四章原子核反应

-4.1 核反应的概况

--4.1.1 原子核反应相关概念

--4.1.2 核反应中的第一

--4.1.3 核反应的分类

--4.1.4 核反应中的守恒定律

-4.2 核反应能和Q方程

--4.2.1 核反应能

--4.2.2 Q方程

--4.2.3 Q方程的应用

--4.2.4 实验室坐标系和质心坐标系

--4.2.5 核反应阈能

--4.2.6 L系和C系中出射角的关系

-4.3 核反应截面和产额

--4.3.1 核反应截面

--4.3.2 微分截面和角分布

--4.3.3 L系和C系中反应截面的关系

--4.3.4 反应产额

-4.4 反应机制及核反应模型

--4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系

--4.4.2 核反应的光学模型

--4.4.3 复合核模型

--4.4.4 共振和共振公式

--4.4.5 (n,γ)反应的1/v规律

-课后作业--作业

第六章射线与物质相互作用

-6.1 辐射与物质相互作用概述

--6.1.1 射线(辐射)及射线的分类

--6.1.2 带电粒子与物质原子的碰撞过程

--6.1.3 能量损失率、比能损失或阻止本领

-6.2 重带电粒子与物质的相互作用

--6.2.1 重带电粒子与物质相互作用的特点

--6.2.2 电离能量损失规律：Bethe公式

--6.2.3 对Bethe公式的讨论

--6.2.4 Bragg曲线与能量歧离

--6.2.5 能量损失的Bragg加法法则

--6.2.6 重带电粒子的射程及射程歧离

--6.2.7 阻止时间

-6.3 快电子与物质的相互作用

--6.3.1 快电子与物质相互作用的特点

--6.3.2 辐射能量损失规律

--6.3.3 快电子的能量损失率

--6.3.4 快电子的吸收与射程

--6.3.5 快电子的散射与反散射

--6.3.6 正电子湮没

--6.3.7 带电粒子与物质相互作用小结

-6.4 γ射线与物质的相互作用

--6.4.1 能谱的概念

--6.4.2 γ射线与物质相互作用的特点

--6.4.3 光电效应(物理、能量、截面)

--6.4.4 康普顿效应

--6.4.5 电子对效应

--6.4.6 三种效应的比较

--6.4.7 其他作用过程

--6.4.8 γ射线的衰减规律

--6.4.9 关于中子与物质相互作用的说明

-课后作业--作业

第七章辐射测量的数理统计基础

-7.1 统计学的基础知识

--7.1.1 伯努利实验

--7.1.2 二项分布

--7.1.3 泊松分布

--7.1.4 高斯分布

--7.1.5 串级变量

-7.2 放射性测量的统计误差

--7.2.1 核衰变数的涨落

--7.2.2 放射性测量的统计误差

-7.3 电离过程的涨落与法诺分布

--7.3.1 电离过程的涨落与法诺分布

-7.4 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

--7.4.1 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

-7.5 时间间隔的统计分布

--7.5.1 相邻信号脉冲(或粒子)的时间间隔

--7.5.2 相邻“进位脉冲”的时间间隔

-课后作业--作业

第八章气体电离探测器

-8.1 气体中离子与电子的运动规律

--8.1.1 气体中离子与电子的运动规律

-8.2 电离室

--8.2.1 电离室的工作机制

--8.2.2 脉冲电离室及其输出信号

--8.2.3 脉冲电离室的主要性能指标第一部分：能量分辨率

--8.2.4 脉冲电离室的主要性能指标第二部分：饱和特性、坪特性等

--8.2.5 累计电离室

-8.3 正比计数器

--8.3.1 正比计数器的工作原理

--8.3.2 正比计数器的输出信号

--8.3.3 正比计数器的主要性能指标

-8.4 G-M计数管

--8.4.1 GM计数管的工作机制

--8.4.2 有机自熄GM计数管

--8.4.3 卤素自熄GM计数管

--8.4.4 自熄GM计数管的输出信号和主要性能指标

-8.5 气体探测器小结

--8.5.1 气体探测器小结

-课后作业--作业

第九章闪烁探测器

-9.1 闪烁体

--9.1.1 闪烁体及其分类

--9.1.2 闪烁体的主要物理特性

--9.1.3 闪烁光的收集

-9.2 光电倍增管

--9.2.1 光电倍增管及其主要性能

-9.3 闪烁探测器

--9.3.1 闪烁探测器输出信号的物理过程及输出回路

--9.3.2 闪烁探测器的输出信号

--9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落

-9.4 单晶闪烁谱仪

--9.4.1 单晶闪烁谱仪的构成和主要性能指标

-课后作业--作业

第十章半导体探测器

-10.1 半导体与半导体探测器

--10.1.1 半导体探测器及其基本特点

--10.1.2 半导体的基本性质

-10.2 PN结半导体探测器

--10.2.1 PN结半导体探测器的工作原理

--10.2.2 PN结半导体探测器的输出信号

--10.2.3 PN结半导体探测器的主要性能

-10.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器

--10.3.1 锂漂移半导体探测器

--10.3.2 高纯锗半导体探测器

--10.3.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器的性能与应用

-10.4 其他半导体探测器

--10.4.1 其他半导体探测器

-课后作业--作业

第十二章核辐射测量方法

-12.1 活度测量方法

--12.1.1 辐射测量关心的问题

--12.1.2 活度测量的相对法与绝对法

--12.1.3 影响活度测量的因素

--12.1.4 α放射性样品活度的测量

--12.1.5 β放射性样品活度的测量

-12.2 符合测量法

--12.2.1 什么是符合？

--12.2.2 真符合

--12.2.3 反符合

--12.2.4 延迟符合

--12.2.5 符合曲线

--12.2.6 偶然符合

--12.2.7 真偶符合比

-12.3 γ能谱解析

--12.3.1 γ能谱解析

-课后作业--作业

第十三章中子及中子探测

-13.1 中子的基本特性与分类

--13.1.1 中子的基本特性与分类

-13.2 中子源

--13.2.1 中子源

-13.3 中子与物质的相互作用

--13.3.1 中子与物质的相互作用

-13.4 中子探测的特点与探测方法分类

--13.4.1 中子探测的特点与探测方法分类

-13.5 常用的中子探测器

--13.5.1 常用的中子探测器

-课后作业--作业

3.3.2 中微子假说笔记与讨论

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