放射性衰变规律的理论和实际应用

自天然放射性被发现以来，人们通过实验总结出了放射性衰变的规律，这个规律不仅对α衰变和β衰变的原子核适用，此外，对于处于激发态的核向基态或低激发能态的γ跃迁也适用，放射性衰变规律是一个普适的基本规律，和牛顿第二定律一样，是实验规律。     

利用磁谱仪研究原子核的β衰变

在原子核β衰变费米理论的基础上,利用近代物理实验中的磁谱仪测量了90Sr-90Y β放射源的动量分布,进而研究它的库里厄(Kurie)图.结合β衰变容许跃迁和禁戒跃迁的库里厄图特征,对实验数据进行了形状因子S1的改正,得到的数据能和90Sr-90Yβ放射源的跃迁性质、原子核能级自旋和宇称相吻合,有助于学生对原子核β衰变更深入的认识和进一步扩展近物实验的研究内容.     

质子放射性和质子衰变

“质子衰变”一词,可以有两个意思:其一,如同α衰变、β衰变,指原子核在衰变过程中释放出α粒子、β粒子,质子衰变,即指放射出质子;其二,指质子本身可能不稳定,要衰变为其它的粒子.为了区分两者,现巳把前一种现象称之为质子放射性,后一种称为质子衰变.无论对那一种现象的研究,在近年来都取得了很大的进展.1.质子放射性 在稳定的原子核中,中子数和质子数有一定比例。当原子核内的中子数少到一定程度时(缺中子核素),从原子核的结合能的变化规律可以知道,原子核能够以释放质子来达到稳定[1].但是,在1982年之前,在实验中只找到一个从原子核同质…     

用"符号判断法"解磁场中原子衰变问题

一个静止原子核在磁场中发生天然衰变，衰变出粒子和反冲核在磁场中的运动轨迹如图1所示．它们的轨迹半径之比为44，求发生衰变的原子核的原子序数．     

《原子核物理和粒子物理概论》简介

由王德云编著的《原子核物理和粒子物理概论》一书,系统地阐述了原子核物理和粒子物理的基础知识,包括原子核整体的性质、核力、原子核模型、原子核放射性衰变、原子核反应,     

利用磁谱仪测量90Sr-90Y放射源的β衰变能谱

利用近代物理实验中的磁谱仪测量了90Sr～90Y放射源的β衰变能谱．得到的能谱和普遍的口衰变能谱相似;得到的口射线最大能量与平均能量比值和文献中给出的一些放射源的比值接近,这些都说明了该实验测量数据的可靠性．运用库里厄（Kurie）图,研究了此放射源的β衰变能谱,得到的跃迁性质和能级自旋宇称与此放射源已有的数据相吻合,说明在近代物理实验中能够利用磁谱仪测量原子核的β衰变能谱、研究原子核的跃迁性质和能级自旋宇称．     

前景广阔的核电池

提起核电池,人们可能会把它与层层设防的核电站联系在一起,甚至还会联想到辐射、扩散等危险字眼。殊不知它正在悄悄改变着我们的生活。一、核电池的基本原理与特点原子核按其稳定性可分为稳定原子核和不稳定(或放射性)原子核两类。不稳定的原子核都会自发转变成另一种核而同时放出射线,这种变化叫放射性衰变。原子核在衰变过程中放出α射线、β射线和γ射线。α射线是α粒子流,它是带正电的氦核。β射线是高速运动的电子流。衰变时出射的粒子(射线)会放出能量,如210Po发生衰变时可放出约5.4MeV能量,这一能量基本上为出射的α粒子所带走;氚…     

坎纳德2理论的若干应用

我们曾介绍过坎纳德（Ｅ．Ｈ．Ｋｅｎｎａｒｄ）对２λ佯谬的解释［１］（以下简称坎纳德２λ理论），并用模拟实验证明了它的正确性．本文应用这个理论讨论原子核衰变、气体的输运过程及全属导电的经典电子论．／     

不稳定原子核β衰变强度的实验测量方法

原子核的β衰变是指原子核放射出β粒子或俘获电子而进行的转变。对β衰变强度S_β(E)的精确测量，对探索不稳定原子核的结构、揭秘恒星核合成过程、验证β衰变理论等方面均存在着重要意义。实验上，为了测量β衰变强度，一种方法是利用β-γ符合测量或者全吸收谱仪对β衰变产物进行直接测量，这种方法可以给出子核在Q_β窗口内的衰变信息。另一种方法是利用在中等能区(100~400 MeV/u)进行的电荷交换反应，如(p,n)或(3He,t)，通过微分截面的高精度测量获得子核的β衰变强度，这种方法可以用于研究子核在Q_β窗外的衰变强度，但是对束流强度有较高的要求，尚无法系统研究产额较低的不稳定原子核。有鉴于此，本文提出对不稳定核素的电荷交换反应总截面进行系统测量，结合核反应理论，这种方法有望约束不稳定核素在质子发射阈下的Gamow-Teller跃迁的总强度。最后简要介绍了已开展和计划开展的工作。     

核衰变统计规律实验定标器的研制与测试

结合基于光电倍增管的辐射探测器,采用数字电位器替代传统的调节方式,研制了用于大学核物理实验的定标器,降低了学生实验中仪器的故障率.以Sr90为放射源,使用该定标器进行核衰变统计规律实验,通过控制单次探测辐射粒子的数目,分别验证了放射性原子核衰变过程中的泊松分布和高斯分布统计规律.该实验可以加深学生对原子核物理知识的理解,增强对核衰变统计规律的认知,并且掌握最基本的辐射探测方法.     

原子核双β衰变和轻子数不守恒

 原子核双β衰变实质上是二个单β衰变同时发生的过程,是一个二级弱相互作用过程.原子核单β衰变的一个典型过程是中子衰变为质子,并放出电子和反中微子,即n→p+e^-+（?）_e。自从1914年查德威克测量β衰变的连续谱以来,β衰变的研究一直是原子核物理和粒子物理的重要研究课题之一.我们知道,李政道和杨振宁提出的宇称不守恒定律,就是吴健雄通过原子核的β衰变研究而得到实验证实的.无独有偶的是原子核双β衰变的研究和自然界的另一重要守恒定律--轻子数守恒律是否破坏密切相关.     

密度依赖的结团模型研究原子核的α衰变和结团放射性

讨论了原子核α衰变和结团放射性的一个新的结团模型:密度依赖的结团模型（DDCM）。DDCM基于微观真实的核势和库仑势,可以在统一的框架下计算原子核的各种衰变模式的半衰期。通过对原子核α衰变和结团放射性的系统计算,发现DDCM能够精确给出原子核α衰变和结团放射性的半衰期,理论值和实验值的偏差一般在3倍以内。这表明密度依赖的结团模型具有很好的适用性并可以为将来的实验提供较准确的预言。We have discussed a new cluster model of α-decay and cluster radioactivity: the density-dependent cluster model （DDCM）, which is based on the microscopic nuclear potential and Coulomb potential. DDCM can give accurate theoretical half-lives for various decays of nuclei in a unified framework. Through a systematical calculation of half-lives of α-decay and cluster radioactivity, we find that the deviation between DDCM and experiment is usually less than a factor of 3. This good agreement shows that the density-dependent cluster model can further provide reliable predictions for future experiments.     

原子核Gamow-Teller共振和β衰变寿命的超越平均场描述

原子核的β衰变是决定宇宙中从铁到铀重元素合成的关键核过程之一。原子核β衰变的主导核跃迁是Gamow-Teller(GT)跃迁，因此，研究原子核β衰变寿命的关键是准确描述原子核的GT跃迁。描述原子核GT跃迁和β衰变寿命最常用的理论模型之一为无规相位近似(RPA)模型。然而，由于该模型仅考虑了一粒子一空穴激发组态，因此无法给出GT共振宽度，并容易高估β衰变寿命。为了克服上述困难，基于Skyrme密度泛函，发展了包含粒子振动耦合效应的无规相位近似(RPA+PVC)模型。相比于RPA模型，该模型在组态空间进一步考虑了一粒子一空穴和声子的耦合组态，从而包含了超越平均场的多体关联效应。为了推广至开壳原子核的研究，进一步考虑了对关联效应，发展了包含准粒子振动耦合效应的准粒子无规相位近似(QRPA+QPVC)模型。基于上述模型，研究了幻数原子核和超流原子核的GT跃迁、β衰变和β+/电子俘获。研究发现，采用同一组Skyrme相互作用参数SkM*，上述模型能够重现实验测量的GT共振宽度和跃迁强度分布，部分解释实验观测的GT跃迁强度压低问题，并同时改进对β衰变寿命的描述。该文针对上述最新研究进展进行了综述，并对将来的发展方向给出展望。     

吴健雄教授科学实验的启发

吴健雄教授是一位杰出的实验物理学家,做过许多精彩的物理实验。这里简单介绍她做过的六个物理实验,并且谈谈这些实验的启发。1第一个实验———β衰变电子能谱形状的实验[1]20世纪30年代,吴健雄开始了她的实验研究。早在30年代末到40年代中期,她就在实验上研究过伴随电子俘获的内韧致辐射,以及铀裂变中的放射性氙。1946年起她着手研究原子核β衰变,进行了一系列的实验。在原子核β衰变中,原子核内一个中子转变为一个质子,同时放射一个电子和一个反中微子。此外还有放射正电子的β衰变。Fermi的β衰变理论给出了β衰变电子能谱的形状。实验…     

核科学百年讲座第一讲 历史性发现及其对人类社会的影响(Ⅰ)

第一讲和第二讲系统地介绍了核科学发展历史，特别是核科学中的历史性发现和重大应用．主要综述核科学的早期发展历史，总体介绍核科学中最基本的重大发现，如放射性、电子、质子、中子、原子核裂变和衰变的发现．介绍人类认识原子和原子核的历史过程，包括与之相关的著名实验和理论．通过介绍核科学的发展和应用，展示了核科学技术对自然科学本身及其对人类社会的深远影响和巨大贡献．     

在地球物质中寻找超重元素

一、超重元素存在的理论预言 到目前为止,已经发现的元素有 107种,核素有1900多种.如果我们以原子核内的中子数N为横坐标。质子数Z为纵坐标,把所有稳定的与放射性的核素标在核素图上,便可以看出,自然界中已知的稳定原子核聚集在中子数接近质子数成一定比例的范围之内,称为稳定带、稳定半岛(见图1).那些中子数或质子数远离稳定带的原子核会发生β衰变(放出正或负电子与中微子)和α衰变;近年来又发现有质子发射;或者俘获电子等转变达到稳定带. 原子序数超过84的重元素都是不稳定的.它们自发地进行α衰变、β衰变或自发裂变等.一般地讲.愈重的…     

β衰变对物理学基本规律的两次冲击

 β衰变是一种放射性衰变过程,在此过程中原子核放出一个正（或负）电子,或者吸收一个在轨道上的电子而衰变成另一种原子核。β衰变的研究对原子核物理和粒子物理的发展作出了巨大的贡献。特别应该指出的是,它曾经两次冲击物理学的基本规律:一次是在查德威克发现β射线能量的连续分布以后,尼尔斯·玻尔怀疑在β衰变中能量是否仍然守恒,后来泡利提出中微子假说成功地解释了β连续谱,“挽救”了能量守恒定律;另一次是在1956年,为了解释“θ-t”之谜,李政道和杨振宁提出了在弱作用中宇称不守恒的假说,后来吴健雄等人通过极化⁶⁰Coβ衰变实验证实了李、杨的预言。     

利用改进的Gamow-like模型研究原子核的α衰变和质子放射性

通过引入离心势和静电屏蔽效应对Gamow-like模型进行了改进，并将其用于α衰变和质子放射性研究，发现改进的Gamow-like模型能更好地符合实验数据。另外，还利用改进的Gamow-like模型预言了16个丰质子核的质子放射性的半衰期以及7个$Z=120$超重核素($^{296-308}120$)α衰变链上原子核的α衰变的半衰期，为将来在大科学装置上合成和鉴别这些新核素提供重要的理论参考。     

穆斯堡尔效应原理及其应用

 穆斯堡尔效应原理目前已知的约2000种核素中,绝大部分是不稳定的,它们会自发地放出某种粒子而转变为另一种核素。这就是原子核的放射衰变。穆斯堡尔效应研究的是放射性原子核衰变过程中释放出的γ射线。处于激发态的原子核是不稳定的,它要自发地放出能量、跃迁到能量较低的能态,并最后到达基态,而核的成分不变。这种现象就是原子核的γ跃迁或γ衰变。γ射线不带电,它是比伦琴射线波长更短的电磁波,具有很强的穿透能力。它包括三种形式,即放出γ射线的γ辐射、发射轨道电子的内转换和发射一对正负电子的电子对内转换。     

TP801单板机在研究放射性核衰变统计规律中的应用

一、引言利用盖革一米勒计数管研究放射性核衰变规律,是近代物理实验的重要内容之一。它要求重复测量次数多(我们要求学生测量500次左右),数据处理也较繁杂。若使用单板机,则可对实验过程进行自动控制和数据处理,并能将实验结果立即用直方图的形式显示在示波器上,这不仅能节约时间,免除学生的大量重复劳动,而且还有可能在现场比较测量次数对实验结果的影响,加深对核衰变的随机性的统计规律的认识,同时也有助于提高同学做单板机实验的兴趣。