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3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则在线视频

3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则

下一节:3.3.9 β能谱形状与库里厄图

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3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则课程教案、知识点、字幕

我们下面来看一看

β衰变的费米理论和选择定则

我们首先来比较一下

α衰变和β衰变

我们知道在α衰变里边

我们会问

它发生的基本条件是什么

α衰变发生的基本条件

衰变能大于零

对于β衰变也是这样的

衰变要能大于零

那么在α衰变里边

α粒子是否事先存在于

这个原子核内呢

我们讲虽然它不在

但是构设α粒子的核子是存在的

这需要一个形成过程

但是在β衰变里边

无论是β这个电子

还是中微子

都是事先不存在的

出射粒子能量有怎样的特点呢

在α衰变里边

我们可以成为α粒子是单能的

而且可以不要相对论考虑的

对β衰变而言呢

β粒子是连续能谱

它不是单立能谱

另外它的能量是兆电子伏

因此需要做相对论考虑的

那么发生的快慢是怎么样的呢

决定α衰变的快慢

是由穿透势垒的概率来决定的

那么β衰变呢

根本就没有势垒需要穿透

所以这里面我们会有一些问题

第一个在β衰变里边

β和中微子是怎么来的

二为什么β粒子具有连续能谱

这个形状是怎么样的

第三个是什么因素影响了

β衰变的衰变速度

我们首先来看一看

β衰变的费米理论和选择定则

那么这里边呢

我们说费米理论的

基本思想是什么呢

费米理论的基本思想是

质子和中子是核子的

两种不同量子态

β衰变就是核中的质子和中子

这两种量态之间的跃迁

在核子的两种量态的

跃迁过程中

放出了电子和中微子

电子和中微子

是核子不同状态跃迁的产物

所以它们确实

不事先存在原子核中

但是是在这个衰变过程中

被制造出来的

β衰变中放出了电子和中微子

那么电子中微子原子核的

相互作用是弱相互作用

那么它的半衰期

比电磁作用要长得多

因此β衰变通常是很慢的一个过程

在β衰变中

我们会遇到所谓的禁戒跃迁问题

在β衰变中

电子和中微子

这两个轻子会带走轨道角动量

这个轨道角动量我们用l来表示

当l等于0的时候也就是

由电子和中微子这两个轻子

所带走的轨道角动量为零的时候

我们就称这种β跃迁为允许跃迁

如果由于某种原因

l等于0这个衰变是不可能发生的

也就是电子和中微子

必须带走轨道角动量的时候

那我们就称

此时的β衰变为禁戒跃迁

如果说电子和中子

所带走的轨道角动量l

等于1是主要贡献

那我们就称这个β衰变

为一级禁戒跃迁

如果l=2为主要贡献

那么就是二级禁戒跃迁

如果l=N为主要贡献

那么就是N级禁戒跃迁

那么禁戒跃迁的概率是不一样的

允许跃迁的概率

是远远大于一级禁戒跃迁的

而一级禁戒跃迁的概率

又是远远大于二级禁戒跃迁的

简单的讲

高级次的跃迁概率是远远小于

低级次的禁戒跃迁概率的

这个级差呢

概率级差会达到10^-4这样的概率

不同级次的跃迁的时候

还会有一些选择定则

那么对于允许跃迁是这样的

允许跃迁的选择定则是

△I=0,±1，△π=+1

那这里边得到△I是什么呢？

是母核和子核的

自旋大小的差异

△I等于0和±1的含义是什么呢

就是说母核和子核的自旋差在

±1这样一个范围之内

△π等于+1含义是

母核和子核的宇称是同号的

比如说母核是奇宇称

子核也是奇宇称

母核是偶宇称

子核也是偶宇称

△I=0,±1，△π=+1

△I=0,±1，△π=+1

这是允许跃迁的选择定则

一级禁跃迁呢

要求的△I=0，±1，±2

也就要求母子核的自旋角度差异

在2这个范围之内

那△π=-1的含义是

母核和子核的宇称是反号关系

母核是奇宇称

子核就是偶宇称

反过来母核是偶宇称

子核就是奇宇称

是这样

那么二级禁戒跃迁

对应的就是母子核的角动量

自旋的角动量差异

是△I=±2,±3，△π=+1

然后它们的宇称是同号

依此类推下去

对n级禁戒跃迁的选择定则是

△I=±n,±(n+1)，△π=(-1)^n

宇称要求是母子核之间的宇称关系是

-1的n次方这一关系

我们可以看一个例子

像Sm153这个原子核

它的基态自旋是3/2

它的基态宇称是正

它通过β-衰变会衰变成Eu153

那么我们在实际过程中

我们观测到了4组

这样的β衰变的产物

由于Eu153有不同的能态

不同能态的自旋宇称是不一样的

就导致了衰变产物具有不同的强度

我们可以看到这4种β粒子的能量

以及其所对应的Eu153的

能态自旋以及宇称

不同的衰变

对应的强度是不一样的

为什么会有这样的不同的强度呢

原因就是

它们衰变的跃迁级次是是不一样的

我们先来看β1

β1是衰变到了(5/2)+

(5/2)+我们看一看

△I是多少呢

Eu153是5/2

Sm153是3/2

3/2和5/2相差是1

然后Sm153的基态宇称是正的

Eu153在此时的宇称也是正的

所以△π是1

这时候我们知道

那它就是允许跃迁

允许跃迁是比较快的

因此我们应该能够看到

比较多的这种衰变

18.4%的分支比

那β2，它的△I=0

△π=+1

根据选择定则

它也是允许跃迁

因此它的分支比也是比较大的

到β3的△I=-1

而△π也等于-1

所以这是一级禁戒跃迁

因此它的分支就比较小一些

到β4， △I=-2

△π=-1

这也是一级禁戒跃迁

所以它的分支比也比较小

这就是β衰变的

费米理论和选择定则

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

3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则笔记与讨论

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