衰變(物理學名詞)

衰變亦稱“蛻變”，指放射性元素放射出粒子而轉變為另一種元素的過程，如鐳放出α粒子後變成氡。

基本介紹

• 中文名：衰變
• 外文名：Radioactive decay
• 套用學科：粒子或能量
• 適用領域範圍：經常用於形容化學粒子屬性

簡介

不穩定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量後可變得較為穩定，這個過程稱為衰變(Radioactive decay)。這些放射出的粒子或能量(後者以電磁波方式射出) 統稱輻射(radiation)。由不穩定原子核發射出來的輻射可以是α粒子、β粒子、γ射線或中子。

放射性核素在衰變過程中，該核素的原子核數目會逐漸減少。衰變至只剩下原來質量一半所需的時間稱為該核素的半衰期(half-life)。每种放射性核素都有其特定的半衰期，由幾微秒到幾百萬年不等。

原子核由於放出某種粒子而變為新核的現象．原子核是一個量子體系，核衰變是原子核自發產生的變化，它是一個量子躍遷過程，它服從量子統計規律．對任何一個放射性核素，它發生衰變的精確時刻是不能預知的，但作為一個整體，衰變的規律十分明確．若在dt時間間隔內發生核衰變的數目為dN，它必定正比於當時存在的原子核數目N，顯然也正比於時間間隔dt .衰變不受任何條件的影響，是物質特有的性質。

衰變有3種：α衰變、β衰變、γ衰變

α衰變

α衰變是一種放射性衰變。在此過程中，一個原子核釋放一個α粒子（由兩個中子和兩個質子形成的氦原子核），並且轉變成一個質量數減少4，核電荷數減少2的新原子核。

放射性探測器下的α粒子源

一個α粒子與一個氦原子核相同，兩者質量數和核電荷數相同。α衰變從本質上說，是量子力學隧道效應的一個過程。與β衰變不同，它由強相互作用支配。

衰變產生的α粒子的動能通常為5MeV左右，速度是30,000km/s，光速的十分之一。因為它質量相對較大，帶兩個單位的正電荷，速度相對較慢（針對其他衰變粒子），所以它們容易與其他原子相互作用而失去能量。因此，它們可以被一層幾厘米厚的空氣幾乎完全吸收。

α衰變過程表示為：

母核與子核的靜質能之差稱為衰變能E衰：

E_衰= (M_x-M_Y-M_a)c¹

它分配給子核與a粒子的動能U衰變過程中的粒子速度遠小於光速，可按非相 對論性處理能量、動量）
E_衰 = E_γ + E_α = 1/2M_γv¹_γ+1/2M_αv¹_α
由動量守恆可推：

通常重元素髮生α衰變，有A>>4,所以E_α≈E_衰

推論表明，每一種產生a放射性的物質，只放出單一能量的α粒子。但精確 的測量發現，同一種α放射性物質能放射出幾組不同能量的^粒子，形成α能譜的精細結構，這就揭示了原子核能級的分立性：與原子類同，原子核也存在一系列離散的能級。α衰變過程中，子核與母核(一般是母核）可處於不同的能級，因而放射出的α粒子也就可以有不同的能量。

β衰變

β衰變是一種放射性衰變。在此過程中，一個原子核釋放一個β粒子（電子或者正電子），分為β+衰變（釋放正電子）和β-衰變（釋放電子）。

β-衰變中，弱相互作用把一個中子轉變成一個質子，一個電子和一個反電子中微子。其實質是一個下夸克通過釋放一個W-玻色子轉變成一個上夸克。W-玻色子隨後衰變成一個電子和一個反電子中微子。

量子力學角度的β衰變

β+衰變中，一個質子吸收能量轉變成一個中子，一個正電子和一個電子中微子。其實質是一個上夸克通過釋放一個W+玻色子轉變成一個下夸克。W+玻色子隨後衰變成一個正電子和一個電子中微子。

與β-衰變不同，β+衰變不能單獨發生，因為它必須吸收能量。在所有β+衰變能夠發生的情況下，通常還伴隨有電子捕獲反應。

天然的放射性β衰變發出射線， 人工放射性衰變有兩種：β+衰變和K電子俘獲。三種衰變反應式如下：

γ衰變

γ輻射通常伴隨其他形式的輻射產生，例如α射線，β射線。當一個原子核發生α衰變或者β衰變時，生成的新原子核有時會處於激發態，這時，新原子核會向低能級發生躍遷，同時釋放γ粒子。這就是γ輻射。

γ射線，x-射線, 可見光和紫外線,都是不同形式的電磁輻射。唯一的區別是光的頻率，也就是光子的能量。γ光子的能量最高。