1、會(huì)計(jì)學(xué)1核輻射物理核輻射物理(wl)與探測學(xué)與探測學(xué)第一頁，共110頁。Type of Radiation Charge/MassPenetration a = He nucleus +2q/4mp sheet of paper b = electron or positron q/me or +q/me few mm metal g = high-energy photon no chargeseveral cm lead ( Pb)此外，還有中子(zhngz)發(fā)射、質(zhì)子發(fā)射、裂變等第1頁/共109頁第二頁，共110頁。各種( zhn)輻射的穿透能力第2頁/共109頁第三頁，共110頁。aY

2、XAZAZ42a 放射性核素一般(ybn)為重核，質(zhì)量數(shù)140a 衰變放出的a粒子能量(nngling)在49 MeV范圍a 衰變半衰期范圍很寬，10-7s1015a基本特點(diǎn)：第3頁/共109頁第四頁，共110頁。1、衰變能及衰變發(fā)生的條件(tiojin)2、衰變過程中粒子的動(dòng)能3、衰變能與核能級(jí)的關(guān)系4、衰變能與衰變常數(shù)的關(guān)系5、其它重粒子的衰變第4頁/共109頁第五頁，共110頁。母核X 衰變(shuibin)為 子核Y 和 一個(gè) 粒子BeforeParentXAZ衰變(shuibin)前，母核X靜止，根據(jù)能量守恒定律：AfterDaughterYAZ42TYaTaYYXTTcmcmcm

3、= =a aa a222衰變前靜止質(zhì)量衰變后靜止質(zhì)量衰變后動(dòng)能1、a衰變能及a衰變發(fā)生的條件衰變的位移定則:子核在元素周期表中的位置左移2格。第5頁/共109頁第六頁，共110頁。即：20)(cmmmTTEYXYa aa a = = = =衰變前后靜止質(zhì)量的質(zhì)量虧損 2204 , 24, 2,cMAZMcAZME = =有 4 ,24,2,0 = =AZAZE或 以原子質(zhì)量M代替(dit)核質(zhì)量m,并忽略電子結(jié)合能 2),(cAZmAZB = =, 2,cAAZMAZ = = 第6頁/共109頁第七頁，共110頁。00 E 4 , 24, 2,HeYXMAZMAZM 衰變(shuibin)前母

4、核原子質(zhì)量必須大于衰變(shuibin)后子核原子質(zhì)量和氦原子質(zhì)量之和。第7頁/共109頁第八頁，共110頁。例如，原子質(zhì)量分別為：209.9829u，205.9745u，4.0026u。aPbPo206210uMMMHeYX0058. 0)(=MeV402. 55 .9310058. 00=EM 0，E0 0， 又如，原子質(zhì)量分別為：63.9298u，59.9338u，4.0026u。a CoCu6064uMMMHeYX0084. 0)(=MeV825. 75 .9310084. 00=EM 0，E00，就有可能發(fā)生發(fā)射該粒子的情況：第25頁/共109頁第二十六頁，共110頁。質(zhì)子發(fā)射(fs

5、h)：原子核自發(fā)發(fā)射(fsh)質(zhì)子的現(xiàn)象。遠(yuǎn)離(yun l)穩(wěn)定線的缺中子核，N/Z很小，可能出現(xiàn)Sp0的情況，自發(fā)地發(fā)射出質(zhì)子。 競爭過程是放射性和軌道電子俘獲。質(zhì)子發(fā)射是研究(ynji)遠(yuǎn)離穩(wěn)定線核素的重要領(lǐng)域。 b穩(wěn)定線附近核素的最后一個(gè)質(zhì)子的結(jié)合能Sp總是正值，因而不能自發(fā)地發(fā)射質(zhì)子。通過計(jì)算質(zhì)子穿透庫侖勢壘的幾率，可以得到質(zhì)子發(fā)射的半衰期，一般小于a衰變的半衰期。第26頁/共109頁第二十七頁，共110頁。14C發(fā)射CPbRa1462098222388 重離子放射性的研究可以提供(tgng)重離子發(fā)射機(jī)制和核結(jié)構(gòu)的信息。NeU2423224Ne發(fā)射SiAm2824128Si發(fā)射第27

6、頁/共109頁第二十八頁，共110頁。 b衰變：核電荷數(shù)改變(gibin)而核子數(shù)不變的自發(fā)核衰變過程。b 放射性核素遍及(bin j)整個(gè)元素周期表b 衰變發(fā)射(fsh)粒子能量在幾十KeV幾 MeVb 衰變半衰期范圍為，10-3s1024a b 衰變主要包括b-衰變、b+衰變和軌道電子俘獲三種形式。衰變的位移定則:子核在元素周期表中的位置右移1格。 第28頁/共109頁第二十九頁，共110頁。b譜是連續(xù)(linx)的 ？b衰變衰變1、連續(xù)能譜與量子體系及能量守恒定律的矛盾？2、既然核中無電子，那么b衰變出的電子從哪里來？20 世紀(jì)20年代末的物理學(xué)危機(jī)。第29頁/共109頁第三十頁，共11

7、0頁。難題1：如何解決連續(xù)(linx)能譜與量子體系的矛盾？假設(shè)1：子核有很多能級(jí)(nngj)，以至于母核到子核衰變的能譜連續(xù)？要求(yoqi)相應(yīng)要有連續(xù)的能譜，與實(shí)驗(yàn)矛盾。假設(shè)2：發(fā)射單能b粒子，隨后與軌道電子作用損失能量？要求相應(yīng)所有電子總能量都等于最大能量，與實(shí)驗(yàn)矛盾。第30頁/共109頁第三十一頁，共110頁。第31頁/共109頁第三十二頁，共110頁。1956年，賴因斯和考恩發(fā)現(xiàn)(fxin)反中微子。1952年，戴維斯在王淦昌的建議下發(fā)現(xiàn)中微子存在(cnzi)的間接證據(jù)。1968年，戴維斯發(fā)現(xiàn)(fxin)中微子。nep LieBeeK77 AreCle3737 是Pauli 預(yù)言的

8、粒子存在嗎？第32頁/共109頁第三十三頁，共110頁。(1) 電荷(dinh)為零。(2) 自旋為1/2, 遵從(zncng)費(fèi)米統(tǒng)計(jì)。(3) 質(zhì)量0, 質(zhì)量上限不超過7.3eV。(4) 磁矩非常小，上限不超過106N 。 (5) 與物質(zhì)的相互作用非常弱，屬弱相互作用，作用截面 1043cm2，通常物質(zhì)的原子密度n 1022cm3，平均自由程l為：2116224311cm10 cm10 km1010ln = 第33頁/共109頁第三十四頁，共110頁?；榉戳Ｗ?，有相同的質(zhì)量(zhling)、電荷、自旋、磁矩。1. 自旋方向不同； 中微子自旋方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，左旋粒子； 反中微子自旋方向與

9、運(yùn)動(dòng)方向相同，右旋粒子。2. 相互作用性質(zhì)不同。第34頁/共109頁第三十五頁，共110頁。中子和質(zhì)子是核子的兩個(gè)不同狀態(tài)，它們之間的轉(zhuǎn)變(zhunbin)相當(dāng)于兩個(gè)量子態(tài)之間的躍遷，在躍遷過程中放出電子和中微子，它們事先并不存在于核內(nèi)。 b 衰變的本質(zhì)是核內(nèi)一個(gè)中子變?yōu)橘|(zhì)子，b 和 EC的本質(zhì)是一個(gè)質(zhì)子變?yōu)橹凶?，?dǎo)致產(chǎn)生電子和中微子的是弱相互作用。eepn b：eenp b：eKnep EC：第35頁/共109頁第三十六頁，共110頁。eAZAZeYX 1 表達(dá)式：母核X 衰變?yōu)?子核Y、一個(gè) 電子 和一個(gè)反中微子， 核中一個(gè)中子(zhngz)變?yōu)榱速|(zhì)子。衰變前，母核X靜止(jngzh)，根

10、據(jù)能量守恒定律：YeYXTTTcmcmcm = = b b222衰變前靜止質(zhì)量衰變后靜止質(zhì)量衰變后動(dòng)能第36頁/共109頁第三十七頁，共110頁。即：20()YXYeETTTmmmcb=衰變前后靜止質(zhì)量的質(zhì)量虧損以原子質(zhì)量M代替核質(zhì)量m，并忽略電子結(jié)合能220(,)(1,(1)eeeEM Z AZm cM ZAZmm c=有 ), 1(,20AZAZcMMEYX = = = =或第37頁/共109頁第三十八頁，共110頁。b 衰變(shuibin)發(fā)生的條件：0()0Eb b AZMAZMYX, 1, 衰變(shuibin)前母核原子質(zhì)量必須大于衰變(shuibin)后子核原子質(zhì)量。電荷數(shù)分別

11、為Z和Z1的同量異位素，只要前者的原子質(zhì)量大于后者，就能發(fā)生(fshng)-衰變。2202(,)(1,(1),1,eeeEM Z AZm cM ZAZmm cM Z AM ZA c=第38頁/共109頁第三十九頁，共110頁。C146)5730(2/1aT= =N147 b b0.157100%第39頁/共109頁第四十頁，共110頁。eAZAZeYX 1表達(dá)式：母核X 衰變(shuibin)為 子核Y、一個(gè) 正電子 和一個(gè)中微子. 核中一個(gè)質(zhì)子變?yōu)榱酥凶?。衰變前，母核X靜止(jngzh)，根據(jù)能量守恒定律：YeYXTTTcmcmcm = = b b222衰變前靜止質(zhì)量衰變后靜止質(zhì)量衰變后動(dòng)能

12、第40頁/共109頁第四十一頁，共110頁。20)()(cmmmEeYX = = b bb衰變(shuibin)能：以原子質(zhì)量M代替核質(zhì)量m，并忽略電子結(jié)合能 202)(cmMMEeYX=beZmAZM ),(emZAZM)1(), 1( 202), 1(),()(cmAZAZEe = = b b或：第41頁/共109頁第四十二頁，共110頁。b 衰變發(fā)生(fshng)的條件：0()0Eb b eYXmAZMAZM2, 1, 電荷數(shù)分別為 Z 和 Z1 的同量異位素，前者的原子質(zhì)量比后者的，才能發(fā)生b衰變。第42頁/共109頁第四十三頁，共110頁。eAZAZYeX 1表達(dá)式母核 俘獲核外軌道

13、上的一個(gè)電子，使母核中的一個(gè) 質(zhì)子 轉(zhuǎn)變(zhunbin)為一個(gè)中子， 同時(shí)放出一個(gè)中微子。由于K層電子最靠近核，K電子俘獲最容易(rngy)發(fā)生。4、EC(軌道電子俘獲)第43頁/共109頁第四十四頁，共110頁。iYeXcmmmECE = =20)(EC衰變(shuibin)能：以原子質(zhì)量M代替核質(zhì)量m，并忽略電子結(jié)合能iYXcMMECE = =20)()(eZmAZM ),(emZAZM)1(), 1( iAZAZECE = =), 1(),()(0或：第44頁/共109頁第四十五頁，共110頁。0()0EEC 2/, 1,cAZMAZMiYX 電荷(dinh)數(shù)為 Z 的核素要發(fā)生EC

14、衰變，則它的原子質(zhì)量必須 比 它的電荷(dinh)數(shù)為 Z1 的同量異位素的原子質(zhì)量大2/ic第45頁/共109頁第四十六頁，共110頁。由于：iecm 22所以，能發(fā)生 衰變的原子核總可以(ky)發(fā)生軌道電子俘獲，反過來不成立，即能發(fā)生軌道電子俘獲的原子核卻不一定能發(fā)生 衰變。EC衰變的后續(xù)(hux)過程：特征(tzhng)X射線；俄歇電子。 eYXmAZMAZM2, 1, 2/, 1,cAZMAZMiYX 第46頁/共109頁第四十七頁，共110頁。 AZMAZMYX, 1, 表達(dá)式表達(dá)式衰變能衰變能發(fā)生條件發(fā)生條件eAZAZeYX 1 ), 1(),()(0AZAZEQ = = = b

15、bb bb衰變(shuibin)第47頁/共109頁第四十八頁，共110頁。表達(dá)式表達(dá)式衰變能衰變能發(fā)生條件發(fā)生條件eAZAZeYX 1202), 1(),()(cmAZAZEQe = = = b bb beYXmMMQ2, 0 即即b b第48頁/共109頁第四十九頁，共110頁。表達(dá)式表達(dá)式衰變能衰變能發(fā)生條件發(fā)生條件eAZAZYeX 1iECAZAZEQ = = =), 1(),()(02/, 0cMMQiYXEC 即即第49頁/共109頁第五十頁，共110頁。中子和質(zhì)子是核子的兩個(gè)不同狀態(tài)，它們(t men)之間的轉(zhuǎn)變相當(dāng)于兩個(gè)量子態(tài)之間的躍遷。核子(hz)在兩個(gè)量子態(tài)躍遷過程中放出電

16、子和中微子，電子和中微子事先并不存在于核內(nèi)。導(dǎo)致(dozh)產(chǎn)生電子和中微子的是電子-中微子場與原子核的弱相互作用。(1)費(fèi)米理論的三點(diǎn)基本思想：5、b衰變的費(fèi)米理論第50頁/共109頁第五十一頁，共110頁。 b bb bb bb bb b dppEEcMgdppIij220373222 = = b bdeMrppiNNijif = =* b bderkkiNNif = =*躍遷矩陣元：第51頁/共109頁第五十二頁，共110頁。躍遷矩陣(j zhn)元中的指數(shù)部分展開成級(jí)數(shù)： = = 2)(! 21)(1rkkrkkierkki b b b b b b b b b bcos! !12120

17、llllrkkiPrkklile = = = = 將平面波按輕子軌道(gudo)角動(dòng)量展開為球面波：根據(jù)級(jí)數(shù)主要貢獻(xiàn)(gngxin)項(xiàng)，可以將躍遷進(jìn)行分類第52頁/共109頁第五十三頁，共110頁。允許(ynx)躍遷：l = 0 的項(xiàng)有貢獻(xiàn)。禁戒躍遷：l = 0 的項(xiàng)無貢獻(xiàn)(gngxin)。一級(jí)禁戒躍遷：l = 1的項(xiàng)有貢獻(xiàn)(gngxin)。二級(jí)禁戒躍遷：l =2 的項(xiàng)有貢獻(xiàn)，l = 1無貢獻(xiàn)。三級(jí)禁戒躍遷：l = 3的項(xiàng)有貢獻(xiàn)，l =1,2 無貢獻(xiàn)。(a) b衰變的躍遷分類第53頁/共109頁第五十四頁，共110頁。躍遷類型躍遷類型自旋變化自旋變化宇稱變化宇稱變化允許躍遷允許躍遷 I0， 1

18、 +1一級(jí)禁戒躍遷一級(jí)禁戒躍遷 I0， 1， 2 -1二級(jí)禁戒躍遷二級(jí)禁戒躍遷 I 2， 3 +1n級(jí)禁戒躍遷級(jí)禁戒躍遷 I n， (n+1) (-1)n第54頁/共109頁第五十五頁，共110頁。b bb bb bb bb bdppEEKdppI2202)()( = = b bb bb bb bb b dppEEcMgdppIij220373222 = =2/1373)2(cMgKif = =第55頁/共109頁第五十六頁，共110頁。b bp)(b bpI近似(jn s)拋物線中間有極大值第56頁/共109頁第五十七頁，共110頁?？紤](kol)核庫侖場對(duì)發(fā)射粒子的影響引入：庫侖改正(gi

19、zhng)因子 b bb bb bb bb bb bdppEEEZFKdppI2202),( = =E)( EI1),(= =b bEZF b b b b第57頁/共109頁第五十八頁，共110頁。)()(02/12b bb bb bEEKFppI = = 譜的居里(j l)描繪b bE2/12)( b bb bFppI b b b b0E不考慮(kol)F 時(shí)考慮(kol)了F時(shí)，就應(yīng)該是直線了。第58頁/共109頁第五十九頁，共110頁。b bE2/12)( b bb bFppI46659Fe的譜的居里(j l)描繪273第59頁/共109頁第六十頁，共110頁。 b bb bb bb b

20、b bb bdppEEEZFKdppI2202),( = =內(nèi)發(fā)射(fsh)所有粒子的總概率。即：衰變常數(shù) 。單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射動(dòng)量為 到b bpb bb bdpp 之間的粒子的概率，將 從 0 b bp到 積分，就可以得到單位時(shí)間maxb bp衰變常數(shù)和比較(bjio)半衰期第60頁/共109頁第六十一頁，共110頁。即： = = = =maxmax0220202/1),(2lnb bb bb bb bb bb bb bb b ppdppEEEZFKdppIT = =max022200),(),(b bb bb bb bb bpeeecmpdcmpcmEEEZFEZf),(22ln0734522

21、2/1EZfcmMgTeif = =第61頁/共109頁第六十二頁，共110頁。20cmEe 1),( b bEZF502/11ET 衰變(shuibin)的半衰期與粒子的最大能量之間存在很強(qiáng)的依賴關(guān)系。同一類型的躍遷，由于衰變(shuibin)能的不同，T1/2可以差別很大。第62頁/共109頁第六十三頁，共110頁。22245732/102/150002ln2),(ififeMMgcmTEZffT = = = = )lg(2/1fT比較半衰期值比較半衰期值躍遷級(jí)次躍遷級(jí)次2.93.7超允許躍遷超允許躍遷4.46.0允許躍遷允許躍遷6.010一級(jí)禁戒躍遷一級(jí)禁戒躍遷1013二級(jí)禁戒躍遷二級(jí)禁

22、戒躍遷比較(bjio)半衰期 定義為：1/2fT第63頁/共109頁第六十四頁，共110頁。1、中微子吸收(xshu)2、雙衰變(shuibin)3、延遲中子(zhngz)發(fā)射 enPe eeeeXeTe 1305413052 第64頁/共109頁第六十五頁，共110頁。1.中微子吸收： enp 本質(zhì)同衰變,1956年科范和萊恩斯利用此過程直接證明(zh ji zhn mn)了中微子的存在.2.雙衰變(shuibin)：產(chǎn)生一個(gè)電子必然產(chǎn)生一個(gè)中微子. b b 221305413052 eXeTe3.延遲(ynch)中子發(fā)射)6 .55(87sTBr= =Kr87）（300 . 8 b b）（

23、706 . 2 b bKr86n緩中子4 . 5g g衰變較集中于重核;衰變幾乎遍及整個(gè)周期系. 01234567887654321穩(wěn)定線NZB125N127C126 b b b b豐中子核素,以 衰變向穩(wěn)定線過渡 b b缺中子核素,以 衰變向穩(wěn)定線過渡 b b第65頁/共109頁第六十六頁，共110頁。n個(gè)粒子的總宇稱:nllln = =21)1(21 3.3 躍遷(yuqin)偶宇稱(y chn) P =+ 奇宇稱 P = -一個(gè)量子數(shù)描述的對(duì)稱鏡像反射。第66頁/共109頁第六十七頁，共110頁。-疑難：指 介子(jiz)和 介子(jiz)的同一性的問題。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)(fxin)，介子和介子

24、的一切性質(zhì)均相同：粒子粒子質(zhì)量質(zhì)量(MeV)(MeV)平均壽命平均壽命( (1010-8-8s)s)占所有占所有K K介子衰變比例介子衰變比例 + +966.3966.32.02.01.191.190.050.056 6 + +966.7966.72.02.01.211.210.020.022929+介子(jiz)和 +介子(jiz)衰變方式不同：0 已知，、介子的自旋均為零，介子的內(nèi)稟宇稱為奇。3.3 g躍遷 - 疑難 ( - puzzle)第67頁/共109頁第六十八頁，共110頁。根據(jù)(gnj)角動(dòng)量守恒定律：0 和的總角動(dòng)量均為零，可以(ky)推知如果衰變過程宇稱是守恒(shu hn)

25、的，那么有：fi = =它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)角動(dòng)量均為零。即：0= =l1)1(0 = = = = = = lfi 對(duì)+衰變：1)1( = = = = = = lfi 對(duì)+衰變：3.3 g躍遷第68頁/共109頁第六十九頁，共110頁。如果認(rèn)為(rnwi)宇稱守恒成立，那么只能判定與不是同一種粒子。分析(fnx)結(jié)論：由它們的質(zhì)量、壽命(shumng)等性質(zhì)相同而認(rèn)為與是同一種粒子。解決-疑難的辦法只有兩種：1)認(rèn)為是同一種粒子，宇稱在這種衰變中不守恒。2)認(rèn)為宇稱守恒普遍成立，和是兩種不同粒子。3.3 g躍遷第69頁/共109頁第七十頁，共110頁。1956年，李政道和楊振寧提出弱相互作用中宇稱不

26、守恒假說，認(rèn)為和是同一種(y zhn)粒子，-疑難 是弱相互作用宇稱不守恒的表現(xiàn)。并建議通過測量極化60Co核的-衰變來檢驗(yàn)宇稱是否守恒。極化(j hu)60Co核的衰變實(shí)驗(yàn)3.3 躍遷(yuqin)第70頁/共109頁第七十一頁，共110頁。極化：使原子核的自旋按一定的方向排列(pili)起來。實(shí)現(xiàn)(shxin)要點(diǎn)：低溫和外加磁場。吳健雄等人在美國(mi u)國家標(biāo)準(zhǔn)局的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.3 g躍遷第71頁/共109頁第七十二頁，共110頁。3.3 躍遷(yuqin)強(qiáng)相互作用、電磁相互作用宇稱(y chn)守恒；弱相互作用宇稱(y chn)不守恒。第72頁/共109頁第七十三頁，共110

27、頁。g衰變：原子核從激發(fā)態(tài)通過發(fā)射g光子(gungz)或其他過程躍遷到較低能態(tài)的過程。該過程核電荷數(shù)不變、核子數(shù)不變。g 躍遷(yuqin)發(fā)射粒子能量在幾KeV十幾 MeVg 躍遷(yuqin)半衰期范圍為，10-16s10-4sg 躍遷的基本特點(diǎn)：g 躍遷包括g躍遷和內(nèi)轉(zhuǎn)換電子兩種形式。第73頁/共109頁第七十四頁，共110頁。g 躍遷(yuqin)是核能級(jí)之間的躍遷(yuqin)： hhEEEErfi = = = =0 = =g ghE hchP= = =1= =sg 光子(gungz)的性質(zhì)：靜止質(zhì)量靜止質(zhì)量 0能量（動(dòng)質(zhì)量）能量（動(dòng)質(zhì)量）動(dòng)量動(dòng)量自旋（玻色子）自旋（玻色子）衰變(s

28、huibin)能：3.3 g躍遷第74頁/共109頁第七十五頁，共110頁。內(nèi)轉(zhuǎn)換電子(dinz)也是核能級(jí)之間的躍遷： iifieEEEE g g = =內(nèi)轉(zhuǎn)換電子(dinz)能譜是分立的。內(nèi)轉(zhuǎn)換電子主要(zhyo)來自原子的內(nèi)電子層。內(nèi)轉(zhuǎn)換效應(yīng)與發(fā)射光子是相互競爭的。內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)g gg g a aNNee= = . = =MLKa aa aa aa a)1 (a a g gg g = = = =e3.3 g躍遷第75頁/共109頁第七十六頁，共110頁。1) 經(jīng)典(jngdin)電磁輻射的多極性電偶極子 電偶極輻射(fsh)電四極(s j)子 電四極(s j)輻射電八極子 電八極輻射電多極

29、輻射：電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的輻射3.3 g躍遷3、g 輻射的多極性及g 躍遷選擇定則第76頁/共109頁第七十七頁，共110頁。磁偶極子 磁偶極輻射(fsh)磁四極(s j)子 磁四極(s j)輻射磁八極(b j)子 磁八極(b j)輻射磁多極輻射：電流變化產(chǎn)生的輻射經(jīng)典電磁輻射是指宏觀的電荷電流體系所產(chǎn)生的電磁輻射，可用經(jīng)典力學(xué)規(guī)則描述。多極輻射的能量和角動(dòng)量都是振動(dòng)頻率的函數(shù)，對(duì)于宏觀體系，頻率可以取任意值，能量和角動(dòng)量也可以取任意值。3.3 g躍遷第77頁/共109頁第七十八頁，共110頁。原子核是一個(gè)電荷、電流的分布系統(tǒng)，處于激發(fā)態(tài)的核發(fā)射 射線(shxin)退激，類似于經(jīng)典電荷電流分布變化而

30、發(fā)射電磁波，由此產(chǎn)生的輻射也具有多級(jí)輻射的性質(zhì)。但原子核是一個(gè)微觀體系，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律與宏觀體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有質(zhì)的不同(b tn)。微觀體系的特點(diǎn)之一是量子化，其能量和角動(dòng)量只能取某些分立的值。另外，原子核的狀態(tài)還有確定的宇稱。3.3 g躍遷第78頁/共109頁第七十九頁，共110頁。電多極輻射(fsh)的實(shí)質(zhì)主要是由原子核內(nèi)電荷密度變化引起的；磁多極輻射(fsh)則由電流密度和內(nèi)在磁矩的變化所引起。g 輻射(fsh)的多極性是指輻射(fsh)的電磁性質(zhì)和極次A）由輻射(fsh)的角動(dòng)量和宇稱即可定出輻射(fsh)的多極性。B）由輻射的多極性也可以定出輻射的角動(dòng)量和宇稱。3.3 g躍遷第79頁/共1

31、09頁第八十頁，共110頁。g 躍遷是電磁相互作用，角動(dòng)量和宇稱(y chn)守恒先來看光子(gungz)帶走的角動(dòng)量：根據(jù)(gnj)角動(dòng)量守恒：fiIIL = =3.3 g躍遷設(shè)：原子核躍遷前后角動(dòng)量為 和fIiI光子帶走的角動(dòng)量為LL,1,1,ififififIIIIIIII取值為：那么：第80頁/共109頁第八十一頁，共110頁。根據(jù)躍遷理論及實(shí)驗(yàn)，L 越大躍遷幾率(j l)越小，所以一般 L 取最小值，即：fiIIIL = = = =光子的自旋(z xun)為，則躍遷中被光子帶走的角動(dòng)量不可能為零，至少為1。解釋為何 0 0 躍遷不可能通過發(fā)射光子實(shí)現(xiàn)(shxin)？那么這種情況下，退

32、激是如何實(shí)現(xiàn)(shxin)的？1 L3.3 g躍遷第81頁/共109頁第八十二頁，共110頁。光子帶走的 角動(dòng)量 決定 g 輻射的 極次光子角動(dòng)量光子角動(dòng)量 Lg g 輻射的輻射的極次極次1偶極偶極輻射輻射2四極四極輻射輻射3八極八極輻射輻射 . .L2L極極輻射輻射3.3 躍遷(yuqin)第82頁/共109頁第八十三頁，共110頁。根據(jù)宇稱(y chn)守恒：fi g g = =fig=躍遷(yuqin)前后原子核宇稱不變：躍遷前后原子核宇稱(y chn)改變：g g 為“”g g 為“”3.3 g躍遷設(shè)：原子核躍遷前后宇稱分別為 和g光子帶走的宇稱為再來看光子帶走的宇稱：第83頁/共10

33、9頁第八十四頁，共110頁。A、宇稱(y chn)的奇偶性和角動(dòng)量的奇偶性相同B、宇稱(y chn)的奇偶性和角動(dòng)量的奇偶性不同電多極輻射(fsh)L)1( = =g g 磁多極輻射1)1( = =Lg g 3.3 g躍遷以：EL 表示。如：E1 ，E2 等以：ML表示。如：M1 ，M2 等第84頁/共109頁第八十五頁，共110頁。(3) 類型、極次相同，相鄰(xin ln)能級(jí)能量差越小，躍遷概率越小。(2) 同一(tngy)極次，電多極輻射概率比磁多極輻射概率大個(gè)數(shù)量級(jí)；(1) 同一類型(lixng)躍遷，高一極次概率比低一極次概率小三個(gè)數(shù)量級(jí)；310)(/ )1( LLEE 310)(

34、/ )1( LLMM 310)(/ )( LLEM )1()( LLEM 3.3 g躍遷第85頁/共109頁第八十六頁，共110頁。),(iiI 原子核始態(tài)),(ffI 原子核終態(tài)fiIIIL = = = =fi g g= = = =奇偶5奇4偶3奇2偶0或1奇Lg1M1E2E3E4E5E)2(E2M3M4M5M)3(E)4(E)5(E)6(E括號(hào)內(nèi)躍遷(yuqin)類型表示可能同時(shí)發(fā)生。3.3 躍遷(yuqin)g 躍遷(yuqin)選擇定則光子第86頁/共109頁第八十七頁，共110頁。A、根據(jù)(gnj)原子核始態(tài)和終態(tài)，定出躍遷極次101023212325B、根據(jù)躍遷(yuqin)類型與

35、原子核始態(tài)或終態(tài)中一個(gè)的自旋和宇稱，定出另一的自旋和宇稱212502E1E3E2E3.3 躍遷(yuqin)g 躍遷選擇定則的應(yīng)用：第87頁/共109頁第八十八頁，共110頁。根據(jù)內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值與理論值的比較(bjio)，可以確定躍遷的多極性，從而可以確定原子核的角動(dòng)量和宇稱的變化或已知其中一個(gè)能級(jí)的狀態(tài)確定另一能級(jí)的狀態(tài)。10.5min5.274a60mCo60Ni590013322502315100%b b 15500.2%b b 0 5 2 2 4 例如：60Co衰變(shuibin)為60Ni后有兩次躍遷，能量分別為1.17MeV和1.33MeV。3.3 躍遷(yuqin)第88頁

36、/共109頁第八十九頁，共110頁。實(shí)驗(yàn)測得這兩次躍遷(yuqin)的內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)實(shí)驗(yàn)值分別為：4(1.500.06) 10Ka a = = 4(1.160.06) 10Ka a = = Ka a 而理論計(jì)算的 的理論值（104）為：E1E2E3M1M21.17MeV0.721.553.011.382.871.33MeV0.581.172.071.032.07可見，兩個(gè)(lin )躍遷均是E2躍遷。已知 60Ni基態(tài)的能級(jí)特性為：0則，其第一激發(fā)態(tài)的自旋和宇稱為：2第二激發(fā)態(tài)的自旋和宇稱為：04或或再根據(jù)b衰變的選擇定則知第二激發(fā)態(tài)只能取43.3 躍遷(yuqin)第89頁/共109頁第九十頁，

37、共110頁。實(shí)驗(yàn)測得的能級(jí)壽命既包含(bohn)躍遷的貢獻(xiàn)，也包含(bohn)內(nèi)轉(zhuǎn)換的貢獻(xiàn)。111(1)eg gg g a a= = = = 即：1(1)g g a a= = 則：3.3 躍遷(yuqin)第90頁/共109頁第九十一頁，共110頁。例如：60mCo到60Co的躍遷，實(shí)驗(yàn)測得此躍遷的內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)為：23.6 10a a=則：612113.1 10(1)909 (13.6 10 )sg g aa=若不考慮內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)(xsh)的修正，則有：31111.1 10909sg g =而該躍遷概率(gil)的理論值(按公式計(jì)算)為：M2M3M4E2E3E43.31021.110-52.610

38、-132.31040.810-30.910-11修正后，實(shí)驗(yàn)(shyn)值和M3理論值相符；不修正，實(shí)驗(yàn)值和理論值相符。3.3 g躍遷第91頁/共109頁第九十二頁，共110頁。同質(zhì)異能(y nn)素：壽命長于0.1s的激發(fā)態(tài)核素。同質(zhì)(tn zh)異能躍遷：同質(zhì)(tn zh)異能素發(fā)生的躍遷（或內(nèi)轉(zhuǎn)換）。同質(zhì)異能態(tài)的角動(dòng)量與基態(tài)或相鄰較低激發(fā)態(tài)的角動(dòng)量之差較大，能量(nngling)之差一般比較小，因而躍遷概率比較小。mIn11349min10421= =T3.3 g躍遷第92頁/共109頁第九十三頁，共110頁。長壽命同質(zhì)異能(y nn)態(tài)隨核子數(shù)的變化有一定規(guī)律性同質(zhì)異能(y nn)躍遷

39、時(shí)，I 3，條件為 A 40輕核中沒有同質(zhì)(tn zh)異能素同質(zhì)異能素島： Z, N=50, 82, 126前。同質(zhì)異能素的壽命較長；同質(zhì)異能素的內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)較大。3.3 g躍遷第93頁/共109頁第九十四頁，共110頁。5、穆斯堡爾效應(yīng)(xioyng) Mssbauer Effect無反沖 g 共振吸收。220002McEEEEER = = = = g gA、發(fā)射(fsh) 射線能量：220002McEEEEER = = = = g gB、吸收(xshu) 射線能量：由于核反沖的存在：0EREE 0REE 03.3 g躍遷德（1929-）第94頁/共109頁第九十五頁，共110頁。20220REEEEMcgg=但按照不確定關(guān)系： 由于反沖能的存在(cnzi)，發(fā)射光子不能引起光子吸收。能級(jí)有一定寬度(kund)，不是線譜。發(fā)射譜和吸收譜有可能重疊。 RE2要發(fā)生顯著的共振吸收，必須具備：3.3 g躍遷第95頁/共109頁第九十六頁，共110頁。但一般情況下： RE2由：該激發(fā)態(tài)的半衰期s8108 . 9可求出：eV9107 .4=3.3 躍遷(yuqin)例如(lr)：57Fe的第一激發(fā)態(tài)。014.4EkeV=230224 10REEeVMc=則： M為單原子核質(zhì)量(zhling)可見： 即：不能發(fā)生共振吸收2RE 第96頁/共