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核稳定性和核衰变

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:如果一个原子核通过在中子能级之间的中子跃迁,或者是在质子能级之间的质子跃迁当中获得稳定,这个过程被称作同质异能跃迁。原子核的初始和最终能量状态被称为同分异构体。与γ衰变竞争的同质异能跃迁是内部转化。在这种情况下,该原子核的质子数Z和中子数N都改变了,原子核从一种元素变成另一种元素。因此,它们就是放射性衰变的所有形式。也就是说,在放射衰变过程中,质量数A保持守恒。

原子原子核由中子和质子组成,统称核子。在目前流行的原子核模型里(“壳层模型”),中子和质子处于带有不同结合能的特定能级里。如果一个较低的能级存在一个空位,则一个处于较高能级的中子或质子可能会跌落以填充该空位。这种跃迁释放能量,并产生一个更稳定的原子核。能量释放的多少与高低能级之间结合能的差异有关。在原子核里的中子和质子的结合能比核外电子的结合能大得多。因此,原子核跃迁期间释放的能量比电子跃迁期间释放的能量要大得多。

如果一个原子核通过在中子能级之间的中子跃迁,或者是在质子能级之间的质子跃迁当中获得稳定,这个过程被称作同质异能跃迁。在同质异能跃迁中,原子核释放能量时,它的质子(Z)和中子(N)数目都没有变化。原子核的初始和最终能量状态被称为同分异构体。同质异能跃迁的一个共同形式是γ衰变,在衰变过程中,能量作为一个被称作γ射线的能量包(量子或光子)释放出来。与γ衰变竞争的同质异能跃迁是内部转化。在内部转换中,一个来自原子核外层的电子携带能量脱离该原子。

中子跌落到为质子保留的较低能级也是可能的。在这种情况下,该中子变成一个质子。质子跌落到为中子保留的较低能级也是可能的。在这种情况下,该质子变成一个中子。在这种情况下(统称β衰变),该原子核的质子数Z和中子数N都改变了,原子核从一种元素变成另一种元素。

在上述的所有跃迁中,原子核失去能量从而得到稳定。因此,它们就是放射性衰变的所有形式。在任何一种放射性过程中,衰变原子核(母核)的质量数等于产生的原子核(子核)质量数与被逐出的粒子质量数的总和。也就是说,在放射衰变过程中,质量数A保持守恒。

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