当前课程知识点:大学物理2 (电磁学、光学和量子物理) > WEEK15 > 放射性和衰变规律 > α衰变
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同学好
这节我们讲α衰变
α衰变的机理是怎么回事儿
那么在原子核里边呢
核子之间不是有核力相互作用吗
把它们约束在一起
所以它有一个很深的势阱
核子就在这个势阱里边活动
有的时候呢
里边的核子会形成团簇结构
比如说形成α粒子
那么这些α粒子的能量
当然是量子化的
α粒子假如说在
这个原子核外边的话
跑到外边的时候
它跟这个原子核之间的电势能
当然是这个关系
这个结果
这个是用库仑定律计算的
因为α粒子
带两个电子单位的电荷 对吧
那么这个就是库仑势能的这个曲线
那么α粒子
当然本来是在原子核里边的
那么它的能量有的时候
会大于零
可是即便大于零
它也是要限制在原子核里面
为什么呢
因为这个库仑势垒 这个高度
是远远大于α粒子能量的
可是呢
前边我们讲过量子力学里边
有势能贯穿效应 对吧
那么伽莫夫这个人呢
他就想α衰变
会不会是
势垒贯穿引起的这个衰变呢
那么他是第一个
把量子力学
应用到了这个原子核里边
而且取得成功的
伽莫夫是俄罗斯裔的美国人
他在芝加哥大学当教授
那么他经常喜欢喝伏特加酒
所以你可以想象
他能提出来一个
宇宙大爆炸模型
当然一开始
提出宇宙大爆炸模型的时候
大家都笑话他 对吧
可是现在呢
我要严肃的说
就是很多
绝大多数物理学家
都接受了这个概念
而且这个宇宙大爆炸模型呢
大家认为它是正确的
有很多实验证据支持它
是这样
那当然
假如伽莫夫
仅仅只是提出了这么一个猜想
这在物理学里边是
没有多大用的
你还得实际计算
因为物理学是定量科学
那么伽莫夫呢
挑选了这个钍系原子核做计算
计算结果你看
这个虚线是他计算的结果
这些点都是实验结果
和实验符合的非常好
那么他是怎么算的呢
因为他利用势垒贯穿几率算的
因为在前边
就是量子力学一维问题里边
我们讲过势垒贯穿几率这个公式
那么这里边这个势能呢
就是刚才我们的那个
α粒子和原子核之间的这个
库仑相互作用势能
这个能量呢
就是α粒子的能量
那这个原子核
α衰变的这个半衰期
当然就和这个势垒贯穿几率
成反比
你想想
如果势垒贯穿几率大的话
当然这个α粒子
跑到外边的这个几率就大
那么这个原子核
衰变的这个半衰期就短 对吧
假如
你这个势垒贯穿几率小的话
那么你这个α粒子
衰变的概率也小
这个原子核
衰变的半衰期呢就长 对吧
就是这么一个关系
那么利用这个式子呢
伽莫夫呢就真的做了计算
因为这里边的这个势函数
这个α能量都是给定的
所以这个推导也并不是很难
利用一些近似
就可以得出这么一个结果
那么这里边A和B呢
对于一种核来说
它是一个给定的常量
那么这里边Eα就是α粒子的能量
那么这个式子实际上就用来
画这个曲线
当然它给出
和实验非常符合的这个结果
那么α粒子衰变的时候
往往还伴随着γ衰变
那这是什么原因呢
它是这样
实际上一个核
比如说钍227经过α衰变
它变成镭223
可是它变成的这个镭223
它不一定是镭223这个原子核的基态
它有可能是它的激发态
那么从激发态向下边的能级跃迁
不就放出这个γ射线吗
那么α粒子这个衰变的能量
它是给定的
那么根据它跑到不同的这个
镭223的这个激发态能量
所对应的α粒子
跑出来的这个动能就会不一样
你比如说
假如这个经过α衰变
到了镭223的基态的话
这个时候
α粒子的能量是这个
假如你这个经过α衰变
它变成镭223这个原子核里边
61千电子伏的这个激发态上的状态
那么这个时候呢
α粒子能量对应的是这个能量
假如说你跑到这个激发态
刚好是
80千电子伏的这个能级上
那么这个时候呢
α粒子能量是另一个能量 对吧
因为总的能量是给定的
你跑到不同的激发态上
那你这个α粒子动能
当然就不一样了
镭223这个激发态
当然都是量子化的
是分立的
所以跑出来的α粒子动能呢
也都是这种分立的
看下面这个图呢
可能看的更清楚一些
你比如说钍227
经过α衰变变成镭223 对吧
那么如果它是衰变到了
镭223的基态的话
它放出来的
当然是这个α0这个能量 对吧
假如它跑到了是
61千电子伏的这个激发态上的
那么这个时候这α粒子能量呢
就是α61对应的这个能量
α80是跑到了
80千电子伏的这个激发态上
这样呢我们通过
测定这个α粒子的能量
我们就可以给出
子核它激发态能级
好 这节内容就讲到这儿
谢谢
-电荷和库仑定律
--引言
--电荷
--库仑定律
-WEEK1--电荷和库仑定律
-电场及叠加原理,电偶极子
--电场和电场强度
-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子
-高斯定律
--电通量
--立体角*
--高斯定律的证明*
--高斯定律和电场线
--高斯定律的应用
-WEEK1--高斯定律
-WEEK1--本周作业
-静电场环路定理、电势和叠加原理
--环路定理
--电势和叠加原理
--电势梯度
--等势面
-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理
-静电能
--电荷系静电能
-WEEK2--静电能
-导体静电平衡
--物质中电场
--导体静电平衡
-WEEK2--导体静电平衡
-WEEK2--本周作业
-导体周围电场
-WEEK3--导体周围电场
-静电屏蔽
--导体壳与静电屏蔽
-WEEK3--静电屏蔽
-电容及电容器
--电容及电容器
-WEEK3--电容及电容器
-电介质
--介质对电场的影响
-WEEK3--电介质
-极化强度矢量,极化电荷
--极化强度
--极化电荷
-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷
-WEEK3--本周作业
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--电介质的极化规律
-WEEK4--极化规律、电位移矢量
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--电流密度
-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场
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--电动势
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-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
-电流微观图像和暂态过程
--电流微观图像
-WEEK4--电流微观图像和暂态过程
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--电流磁效应
--磁场和磁感应强度
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-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理
--毕-萨-拉定律
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