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 > 3.2 α衰变 > 3.2.4 α衰变与核能级图

返回《核辐射物理及探测学》慕课在线视频课程列表

3.2.4 α衰变与核能级图在线视频

3.2.4 α衰变与核能级图

下一节:3.2.5 α衰变的衰变常数

返回《核辐射物理及探测学》慕课在线视频列表

3.2.4 α衰变与核能级图课程教案、知识点、字幕

通过α衰变的衰变能

我们实际上是可以对

原子核的能级形成认识的

下面我们来看一看

α衰变与核能级图

我们还是从这个反应式开始

母核X变成了子核Y和α粒子

反应前母核是静止的

这是我们之前

已经接受的一个假设

由能量守恒

衰变能等于α粒子的动能

和子核的动能

它等于母核的静质量

减去子核的静质量

再减去α粒子静质量

所对应的能量

这是能量守恒的含义

动量守恒呢

由于我们假设母核静止了

因此末态的时候

总动量仍然是0

由于α粒子和子核Y都会运动

因此要求子核的动量和

α粒子动量是大小相等

方向相反

就这里边mYvY等于mαvα

由这个式子和这个式子

我们就可以得到的

我们就可以得到

TY和Tα之间的关系

TY和Tα之间差了一个系数

是mα/mY

既然TY用Tα表示了

EO又是由Tα和TY

来表示的

因此当把TY代进去的时候

E0就可以纯纯的由Tα来表达

E0等于Tα×(mY+mα)/mY

我们把它做一个解读

就是衰变能等于α粒子的动能

乘上(mY+mα)/mY

这mY就是子核的静质量

mα是α粒子的静质量

我们通常在工作和计算的时候呢

会把mY和mα

用子核Y和α粒子的

核子数来代替

子核Y的核子数是A-4

A减4+4就是A

所以这个式子就会简化成

A/(A-4)

这是一个近似的等于关系

是我们常用的关系

这样我们就可以通过

测量Tα

就是α粒子的动能的方式

在经过这个式子来反推

α的衰变能

这个图是我们在观察

Bi212衰变成Tl208的时候

放出的α粒子的能谱

我们可以看到

它不仅有一个两个好几个

α0一直到α5

好几个α粒子有6个

这个被称之为α衰变的精细结构

为什么会有这种精细结构呢

原因就是子核是有能级的

母核在衰变成子核的时候

子核处在不同的能量状态

当子核处在基态的时候

我们会得到最高能量的α粒子

当子核处在较高能态的时候

衰变能会减小

我们会得到的是稍微低些的

能量的α粒子

子核有多少个能态呢

我们就可能看到多少个衰变能

会看到多少个

不同能量的α粒子

我们把刚才212Bi

所放出的α粒子的动能写下来

α0α1α2一直到α5

它们α粒子动能分别是

6.084到5.480这样一个范围

我们知道动能是我们的测量值

而衰变能是我们希望计算值

两个之间的关系就是

动能乘上A/(A-4)

略大于1的数会得到E0

也就这一列

是我们通过计算得到

哪个是观测量

哪个是推算量呢

那同学们自己可以

很容易的去分析出来

由于我们测量到了多个α粒子

通过这个多个α粒子

我们就可以对子核的能级

形成一定的认识

那这里边212Bi

在衰变成Tl208的时候的

衰变纲图

我们就可以这样画出来

212Bi它的半衰期是60.5分钟

在衰变的时候可以放出

α0α1α2α3α4α5

后边的6.084 6.044 5.763

5.621 5.601 5.480这些呢

指的是这个α粒子的动能是多少

后面还背着一个百分数27.2

69.8等等

这个数的含义是

每一个212Bi原子核的衰变

你有多大的机会看到这个α粒子

有多大机会就看到这个α粒子

从这来看就是

每一个212Bi的衰变

我们将会有27.2%的概率看到

6.084兆电子伏的α粒子

有69.8%的概率看到

6.044兆电子伏的α粒子

α粒子的动能和衰变能

之间的关系是这样的关系

Tα乘以略大于1的一个系数

因此我们根据

α粒子的动能是可以推算出

发生这个α衰变

或者这个α衰变时候的

衰变能多少的

就是用6.084

乘上A/(A-4)

在这里边

A-4就是208

A就是212

6.084×212/208

得到这个6.201兆

对于α1α2到α5

我们可以做同样的工作

对α1我们得到6.161

这两个的能量差异

实际上反映的是子核的

能级的差异

6.161和6.02201的差异是

0.040MeV

我们就知道如果这个能态

它的能量状态零的话

这个能量状态就是激发态

它的高度是0.04个MeV

同样对5.763MeV这个α粒子

我们也可以算出

它所对应的衰变能

是5.874个兆电子伏

5.874和6.201的差异是0.327

在零的基础上我们再标出这个

能级的高度就是0.327兆

对于其他的α粒子

也做这样操作

得到衰变能是5.73 5.709

5.585 MeV

这样会得到

其他能级的高度是多少

是0.471兆

0.492兆0.616兆

因此通过测量α粒子的能量

再结合这个公式

我们就会知道

不同α粒子动能所对应的

衰变能是怎么样的

在母核基态

而子核会有多种能态的

这个前提下

根据衰变能

我们是可以知道

子核的能级结构的

刚才我们已经知道了

通过这种方式我们知道

208Tl的能结构是

0 0.040.327 0.471

0.492 0.616等等

实际上这个过程还要再通过

γ跃迁的方式再进行确认

这是我们以后

可能会讨论的内容

在离开这一个片子之前呢

我们需要

我们其实要回答一个问题

6.084我们认为是Bi212

衰变到了Tl208的基态

也就是α0是基态

到基态的α衰变

这是不是一个事实呢

我们刚才是假设是这样的

但它是不是果真如此呢

我们要确认一下

确认方法是这样的

我们可以用

212Bi的基态的212Bi的质量

减去基态的208Tl的质量

再减去基态的α粒子的质量

这个减完之后我们发现

所对应的能量是6.203个MeV

这个6.203MeV

确实是和6.201MeV是对应的

因此可以确认

6.084MeV的α粒子动能

所对应的衰变能

确实是212Bi的基态

到208Tl的基态的α衰变

除了子核有能级之外

实际上母核也可以有能级的

子核是同一个能量状态

但是母核的能量状态是不一样的

这个时候也会导致α粒子的

能量状态是有多种可能

举例而言

像衰变到Pb208的时候的

这个α衰变

可能是由Po212的不同的能态

衰变过来的

可能是它的基态

可能是它的激发态

在这个过程中

我们可以看到

α粒子有8.785兆

9.499兆 10.432兆

10.550兆

利用A/(A-4)

去乘它们我们会得到

这项α粒子所对应的衰变能

是8.9549.682

10.633 10.753

这些衰变能是不一样的

哪个之衰变能是对应于

Pb208的基态到Po212的基态呢

那我们叫就要计算一下

Po212的基态到Pb208的基态的

衰变释放的能量就是

Po212的静质量

减去Pb208静质量

减去He4的静质量

这个得到的结果

就是8.954个MeV

我们发现8.954 MeV

是这里边衰变能的最小项

这就意味着

衰变能最小的那位是基态

到基态的衰变

衰变能再大的呢

是母核的激发态

向子核基态的衰变

这样我们就可以知道

母核的能级结构就是

这个对应的是母核的基态

这个就对应的是

母核的第一激发态

它俩之差呢

就0.728

对应的就是第一激发态的高度

这两只差E20-E00呢

对应的是第二激发态的高度

然后E30-E00对应的是

第三激发态的高度

最终确认需要γ射线的能量

测量过程来确认

这就是α衰变

与核能级图之间的关系

我们可以看到

通过测量α衰变中

α粒子的动能谱

我们是可以反推出

原子核的能级是怎么样的

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

3.2.4 α衰变与核能级图笔记与讨论

也许你还感兴趣的课程:

© 柠檬大学-慕课导航课程版权归原始院校所有，
本网站仅通过互联网进行慕课课程索引，不提供在线课程学习和视频，请同学们点击报名到课程提供网站进行学习。