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A-Level物理备考技巧之衰变

来源:      浏览:      发布日期:2018-06-20 15:52

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秋A-Level编为大家整理来讲讲物理的那些事儿,这次为同学们分享的主题是Something about Radioactive Decay

开始前,先让我们回顾下关于atom(原子)的一些知识点。

关于原子

每个atom都由proton(质子)neutron(中子)和electron(电子)组成,其中protons和neutrons的数量我们统称为nucleon number,用A表示。proton number用字母Z表示。一个原子内,有相同数量的proton和electron。

如图:

一个N atom里,有Z个proton,Z个electron,(A-Z)个neutron。

另外,isotope指的是具有相同proton number,不同neutron number的atom。

有一些元素,它们原子核内部不稳定,因此会从原子核中放射出粒子和能量变成比较稳定的其他元素。这些元素我们称为radioactive(放射性)元素。

可能发生的三类decay是:

Alpha decay (α-decay)

beta decay (β-decay)

gamma decay (γ-decay)

下面我们就来了解一下这三种衰变。

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α-decay

α-decay其实就是该原子的原子核释放出了一个α particle(包含2个neutron,2个proton),大家也可以记成氦(Helium) 的原子核。α particle带正电。

其中,前者N被称为 parent nucleus,后者N'被称为daughter nucleus。

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β-decay(3种)

1.beta decay:

原子核内部的一个中性的neutron.变身为带正电的proton,同时放出一个带负电的electron和一个antineutrino

2.positron emission:

原子核内部的一个带正电的proton变身为中性的neutron,同时放出一个带正电的positron和一个neutrino

对于neutrino,我们现在仅需要知道:a.它存在b.它是中性c.它的质量非常小,在计算decay时,我们视它的质量为0

3.Electron capture:

即原子核吸收掉一个外层电子,使得核内的一个proton变身为neutron。整个过程中,吸收掉的电子会消失,同时proton变身后也会放出一个neutrino。

γ-decay

从一个原子的excited state到ground state所放出photon(光子) [以后讲到photon的时候会进一步阐述],γ-decay一般是伴随着α-decay或者β-decay发生。

简单总结一下三种radiation的一些特性。

Particle Charge & Mass

α 带正电且最重

β 带负电且mass次之

γ 不带电无rest mass (粒子处于静止状态时所具备的mass)

Particle Penetrating power (穿透力)

α: 可被一张薄纸或者几厘米的空气所吸收。这个过程中,α-particles会失去动能,获取空气中的两个电子,变身成为中性的Helium atom。

β: 可被几毫米的金属所吸收,例如 aluminum(铝)

γ: 不会被几厘米的lead(铅)或几米的concrete(混凝土)完全吸收

下面我们说说如何计算decay中的能量变化。

E=mc²代表的是什么呢?我们大概的普及一下:

Einstein提出hypothesis (假说): energy has mass. 即当一个system(系统)中的mass增加,那么一定是有energy的增加。而当一个system释放出energy,这个system的mass就会减少。

因为c恒定,所以能量完全由mass的变化带来。过程中的能量变化我们称为disintegration energy。

在计算质量时,我们引入了一个新的单位u(amu): unified atomic mass unit

在进行相关计算时,所需各isotope(同位素)的mass都会给出。而这些mass都是rest mass。因为当粒子在运动时,它的mass会增大。举个给出mass的栗子

让我们欢乐地复习下出现的单词吧~他们分别是什么意思呢?请检查下,你是否都掌握了吧!

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