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阿尔法衰变

来源:篆体字网 2023-12-26 19:55:47 作者:篆字君

原子核自发地放射出α粒子而转变成另一种核的过程,称为α衰变。通过对α粒子质量和电荷的测定,确定α粒子是氦的原子核,由2个质子和2个中子组成,物理学中用He表示α粒子或氦核。

对于天然放射性同位素而言,只有质量数A大于140的重原子核才能产生α衰变,特别是原子序数Z大于82和质量数A大于209的放射性同位素,都以α衰变为主。以历史上最先分出的强放射性核素镭为例,其衰变方程如下:

22688Ra→22286Rn+42He

在传统原子核模型(液滴模型)中,原子核大致呈球对称状,各核子通过核力结合在一起。按理说,原子核内的核子数越多,结合能就越大,原子核就应该越稳定。宇宙中的恒星就是如此,质量越大,产生的引力就越强,星体结合的就越紧密。当质量达到某一临界值时,将演化成白矮星、中子星或黑洞。然而,原子核的情况却恰恰相反,当核子数超过一定数量时,平均结合能不但没有提高,反而下降了,而且还会发生放射性衰变。

原子核为什么会发生α衰变呢?下面就来探讨α衰变的机制问题。

原子序数Z>82的元素,都属于金属元素,金属具有导电的功能。按照Q—M键理论,原子间电场作用称为Q键,原子(原子核)质量场作用称为M键。其中:金属的导电性就是原子Q键链接(原子核线性电场串联)产生的效应。两条平行的通过Q键的原子链,其原子核的质量场也必然是平行的或处在同一平面内。

原子核呈双层圆盘状结构,发生α衰变的原子核,都含有较多的核子,A>209;因而,所形成的原子核圆盘半径较大。如此一来,相邻且质量场处在同一平面内的原子核之间,将产生超强的M键作用。而原子核的质量场是一个旋转场,同方向旋转的质量场产生M键作用;换句话说,M键作用就如同两个大气涡旋相互缠绕在一起。这时,位于原子核边缘的核子很可能会被对方原子核质量场“撕扯”下来,成为游离态粒子。每一单层原子核分离出一对核子(质子—中子),双层原子核共有两对核子产生,它们通过质量场作用组合成α粒子。从原子核上分离出来的粒子需要克服原子核质量场的作用,因而,都携有很高的能量,这就是α射线。

α衰变的机制是原子的M键作用,其特点是一对原子核相互作用,借助对方质量场的引力效应,使自身原子核放射出α粒子。因此,α衰变具有以下规律:

设在初始时刻(t=0),原子核总量为N0,一对原子核相互作用产生α衰变的时间周期为t0;那么,经过时间t0后,将有1/2N0原子核发生衰变,剩余1/2 N0的原子核仍保持原状态。再经过时间t0后,剩余原子核发生衰变,衰变量为1/2×1/2 N0;以此类推……。经过时间nt0后,将有(1/2)n N0原子核衰变。不难发现,原子核衰变量是一条指数下降曲线,这就是α衰变的规律。原子核衰变一半所需要的时间t0,称为半衰期。

理论上,把原子核在单位时间内发生衰变的几率,称为衰变常数,用λ表示。核素的平均寿命用τ表示。t0、λ、τ都是表示放射性核素的特征量,三者之间的关系为:

τ=1/λ=1.44 t0;

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