氡有几个激发态,当母体Ra衰变到子体核的不同激发态 时,放出不同能量的a粒子。其衰变分支比较大的有两种 种是放出能量为4.60MeV 的a粒子衰变到子体222n的 8Ra/502y 个激发态,然后很快从此激发 态放出能量为0.186Me的卩 4598 光子衰变到氡的基态,这种衰 945% 变方式的几率约为54%;另外 47M 种衰变分支是25Ra放出能 05 量为4.78MeⅤ的a粒子,直接0.3ms 衰变到子体22Rn的基态,这一362aRn 衰变方式的几率约为94.6。 此外还存在其它衰变方式,虽 图2.51a衰变图 有可能但几率很小。 第一章已经谈到;由于原子中存在不连续的能级,从而 产生原子的线状光谱。与此相似,原子核也有一系列不连续 的能级存在,能量最低的状态称为基态,能量较高的称为激 发态,这些状态的能量数值即为原子核的能级。母核衰变放 出a粒子的能量与子核的能级相联系,图2.5中Ra的主要 两组a射线的能量差,正好等于氢-222的两个能级之差。 衰变图通常从子体核的基态画起。以子核基态为零,用 水平直线表示,各激发态在上边按能量大小依次表示出来。 如果母核电荷数比子核的大(即衰变过程放出正电荷如a衰 变、衰变等)则母核画在子核右上边;反之母核电荷数比 子核的小(如发生日衰变)则母核画在左上边。核素的符号 半衰期、衰变分支比以及射线能量等均注在母核与予核的相 27
Ar 力0min Ec 月Q2.49 交072 92% 167 9% 針% 08% 6.5ns 20 (2ms 0.0 41 9 K 2 Na 2.6y 只45EG 0%R .05%B 0 Ne 60. 6 min ea6206 2.246 2f2 PD Qa8.954 a4.994 9.0 图2.6Ar、Cr、Na和翻B的衰变图 B一B衰变;Ec一电子俘获;Qa-a衰变能;QB…衰变能 1-{Ar的衰变;2-2Cr电子俘获:3-1Na正电子发射、 日衰变;43B分支衰变简图 28
应位置上,母核衰变到子核的某一能级,用箭头表示出来。 部分放射性核素的衰变图给出在图2.6中。 24放射性衰变规律 指数衰减规律 原子核发生衰变时,母核由于不断生成子核,因此随 着 时间t的增加,母核数目将不断减少。为了讨论方便,我们 先以一种单一放射性核素为例来研究其放射性原子核数目随 时间扌的变化规律。 釙-210经过a衰变成为铅-206,即 B2Pb+He 210Po俗称镭F。用电离室或其它测量a射线仪器观察 29Po随时间的衰变,即可得到如图2.7A所示Po的衰变曲 线 18 6 14200420560 t(d) 图2.7AP0的衰变曲线 29
从曲线上可以看出,经过140天放射性20Po的原子核数 减少到原来数目的一半,再经过140天再减少一半,即减少 到原来核数目的四分之一,并循此规律不断衰减下去。图中 纵坐标N/N表示相对原子核数,N、N分别表示t=0,t 4时放射性原子核数目,横坐标轴为时问扌单位为天(d)。 从图上还可以看出母核2°Po的核数N与时间扌的关系,遵 从指数规律衰减,因此,将上述衰变曲线移至半对数坐标中 即logN/N。t的关系为一直线,如图2.7B。 0.0 图2.7B在半对数坐标中°Po的衰变曲线 图2.7B中N与的关系可表示为 (227) 式中,为一表征原子核发生衰变或发生同质异能跃迁几率的 个常数,称为衰变常数。 任何一种放射性核素衰变都遵从(2.27)式所给出的指
数衰减规律。不同的放射性核素,衰变常数4不同,核的衰 变和跃迁几率不同。4反映原子核本身的特性,不随外界条 件如温度、压力、电磁场以及核素的化学状态等条件而变化。 放射性核素的指数衰减规律亦可如下导出 如在时间间隔到+M扌内,有△N个原子核发生衰变或 跃迁,△N与扌时刻尚未衰变的原子核数目N及时间间隔△ 成正比,即 △N∞N·△t 写成等式:-△N=λN△t 或4 At λN (2.28) λ即衰变常数。负号表示放射性核数N随着时间t的增 加而减少。若时间间隔A取得足够小,则(2.28)式可写为 dn dt=-1N (2.29) 解此微分方程得;HnN=一+C 利用初始条件:t=0时,N=N所以 C=1nN。故得到与(2.27)式同样结果,即 N=M 由(2.29)式,经过移项可以得到衰变常数为 dN 1= N (2.30) 如果用dp d N 则处在特定能态的放射性核素的衰变常 数是dp除以d的商,即 3