基本介紹
- 中文名：衰變綱圖
- 外文名：decay scheme
- 學科：核物理學
- 特徵：反映核素放射性衰變的特徵和數據
- 信息：包含核低激發態性質的實驗數據
簡介,綱圖表示,具體實例,β衰變,其他衰變,具體例子,
簡介
衰變綱圖中包含了研究原子核衰變中積累起來的關於核低激發態性質的大量實驗數據。衰變綱圖上給出的數據是發展放射性同位素套用的基礎。
任何一種不穩定核素，都會自發地通過發射或吸收粒子（又稱射線）而轉變為另一種核素。這種由一種核素向另一種核素的自發轉變，稱作原子核的衰變，簡稱核衰變。衰變過程通常都伴隨著射線的發射，所以不穩定核素的衰變也叫作放射性衰變。衰變前的原子核稱為母核，衰變後的原子核稱為子核。
典型的衰變綱圖，通常包括以下三方面內容：①衰變時發射出的粒子（或射線）的種類及其能量和強度；②γ躍遷的多極性；③從對衰變過程的研究中獲得的關於母核和子核結構的知識，即衰變所涉及的各能級的能量、自旋和宇稱（見原子核的能級）。
綱圖表示
衰變綱圖中一般以橫線表示核能級，最上的粗橫線表示母核的基態，最下的粗橫線表示子核的基態，中間的橫線表示子核的激發態，其中一條中等粗細的線（自旋宇稱為11/2）表示半衰期較長的激發態，即同質異能態（見同質異能素）。以向右斜的箭頭表示β衰變，向左斜的箭頭表示β衰變或軌道電子俘獲；以向左斜的雙線箭頭表示α衰變；以豎直的箭頭表示從子核較高的激發態到較低的激發態或子核基態的γ躍遷。把能量、半衰期、γ躍遷的多極性、自旋、宇稱等數據記在相應的位置。
具體實例
下面以幾個具體的例子說明各種衰變的衰變綱圖。衰變綱圖的具體畫法在不同的書上略有差異，但基本內容是一樣的。
β衰變
β衰變綱圖的左上方的水平粗線代表母核53I的基態，右下方水平粗線代表子核54Xe的基態。各組可能發射的β射線的最大能量Eβ-、強度Iβ-(%)和比較半衰期的對數值lgfT1/2；分別表示在同圖上斜線相應的位置上。γ躍遷時發射的γ射線的能量Eγ和強度Iγ，用斜寫的數字標在相應垂線的始端。表示γ躍遷多極性的符號E2和M1等標在垂線的一側，衰變綱圖中的M1+4%E2表示該γ躍遷是96%的磁偶極輻射（M1）和4%的電四極輻射（E2）的混合。水平線左端上面的數字表示該能級的自旋，數字右上角的“+”號或“－”號分別表示該能級的宇稱為 “偶”或“奇” 。水平線右端上面的數字表示激發態的能量，單位是兆電子伏，水平線右端的數字表示該能級的半衰期，單位是秒。左下方的Qβ-稱為β衰變的Q值，它代表母核基態和子核基態之間的能量差。lgfT1/2值用來確定β躍遷的禁戒類型。如果知道了β躍遷的禁戒類型和母核的自旋和宇稱，就可根據β躍遷的選擇定則，對β躍遷後直接到達的子核激發態的自旋和宇稱作出推測。同樣，知道了γ躍遷的多極性和該躍遷所聯繫的兩個能級之一的自旋和宇稱，就可推測另一個能級的自旋和宇稱。母核到子核基態的衰變，可通過許多種途徑實現，如可先經過β躍遷到子核的0.722893兆電子伏激發態，再經0.722893兆電子伏的γ躍遷到達子核基態；也可在β躍遷後先經過0.642703兆電子伏的γ躍遷到達子核的第一激發態，再經過0.080183兆電子伏的γ躍遷到達子核基態。
其他衰變
α衰變、β衰變、β衰變和軌道電子俘獲（記作EC）衰變的綱圖，就其內容而言是大體相似的，只是表示方法稍有不同。如β衰變和電子俘獲（EC）衰變綱圖的例子。母核11Na位於綱圖的右上角，從母核發出的帶箭頭的斜線表示電子俘獲躍遷，用長度為1.022兆電子伏（正負電子對的靜止能量）的垂線再加上帶箭頭的斜線表示β躍遷，以此來反映這樣的事實：即只有當母核同子核能級之間的能量差大於1.022兆電子伏時，從母核向這個能級的β躍遷才是可能的；否則二者之間的躍遷只能通過電子俘獲進行。從母核向子核第一激發態躍遷的lgfT1/2值是電子俘獲和β躍遷lgfT1/2值的平均值。QEC是母核基態和子核基態之間的能量差。如α衰變綱圖的例子，圖中用帶箭頭的雙線表示α衰變，右側的Eα及Iα是所發射的α粒子的動能和強度(%)。Qα為母核基態和子核基態之間的能量差，是母核基態衰變到子核基態的α粒子動能和子核反衝能量之和。
具體例子
我們此處以鈷60為實例，如圖1（發生衰變數據如下表）
主要衰變反應 | 發生幾率 | 能量 |
β-貝塔減 | 0.9988 | 0.318 MeV |
γ伽馬衰變 | 0.9985 | 1173 keV |
β-貝塔減 | 0.0012 | 1.492 MeV |
γ伽馬衰變 | 0.9998 | 1332 keV |
鈷60衰變綱圖
圖1
