放射性类型：Alpha Beta 和 Gamma 衰变

一些不稳定的原子核自发分解的过程称为放射性。换言之，重元素自发发射辐射的现象称为放射性。表现出这种现象的元素称为放射性元素。放射性是一种连续的、不可逆的核现象。

• 1896 年亨利贝克勒尔在铀盐中发现了放射性。
• 在发现铀的放射性后，皮埃尔·居里和居里夫人发现了一种新的放射性元素——镭。
• 放射性物质的一些例子是铀、镭、钍、镎等。
• 样品的放射性不能通过任何物理（压力、温度、电场或磁场）或化学变化来控制。
• 所有原子序数 (Z) > 82且具有天然放射性的元素。
• 通过轰击快速移动的粒子将较轻的元素转化为放射性元素的过程称为人工或诱导放射性。
• 放射性是核事件而不是原子事件。因此，原子的电子构型与放射性没有任何关系。

当辐射进入外部电场时，它分裂成三部分：α射线、β射线和伽马射线。

Alpha (α ) 衰减

The spontaneous emission of an alpha particle from a radioactive nucleus is called Alpha decay. α decay occurs when the nucleus emits α particles. 

该过程涉及核子的自发发射，因为 α 粒子 ( ₂ He ⁴ ) 包含两个质子和两个中子，因此 α 粒子的发射导致原子核转变为原子序数 (Z) 少 2 且原子质量 ( A) 少四个。

让我们考虑一些关于 α 衰变的例子：

• ₈₈ Ra ²²⁶ ⇢ ₈₆ Rn ²²² + ₂ He ⁴
• ₉₂ U ²³⁸ ⇢ ₉₀ Th ²³⁴ + ₂ He ⁴
• ₉₄浦²⁴² ⇢ ₉₂ U ²³⁸ + ₂ He ⁴

阿尔法衰变的性质：

• 阿尔法粒子的电荷为+2e，质量为4u。
• α粒子动能5MeV
• 2500 种已知核素中有近 90% 是放射性的。它们不稳定，而是衰变为其他核素。
• 当不稳定的核素衰变为不同的核素时，它们通常会发射α或β粒子。
• 阿尔法发射主要发生在原子核太大而无法稳定的情况下。
• α衰变主要受强核力和电磁力支配。

Beta (β) 衰减

The spontaneous process of emission of beta particles from a radioactive nucleus is called Beta-decay.

原子核在β衰变中实现了更大的稳定性。在β衰变中，要么中子转化为质子，要么质子转化为中子。

β衰变的一般反应如下：

_Z X ^A ⇢ _Z+1 Y ^A + _-1 e ⁰

β衰变主要有三种类型：β-负（β ^- ）、β-正（β ⁺ ）和电子俘获。

β-负 ( β ^– )

In beta-minus, the neutron inside the nucleus is converted into a proton and an electron like a particle.

那些中子 (N) 比质子 (Z) 多的原子核变得不稳定，并趋向于 β-负衰变 (β ^- )。一个β粒子就像一个^电子。 β 的发射^——涉及将中子转化为质子、电子和称为反中微子的第三种粒子。

β ^–衰变通常发生在中子与质子之比（N/Z 比）太大而无法稳定的核素中。在 β 衰变^中，N 减少 1，Z 增加 1，A 保持不变。 ^β——只要原始原子的中性原子质量大于最终原子的质量，就会发生衰变。

例如：                

₁₅ P ³² ⇢ ₁₆ S ³² + _-1 e ⁰

β+ (β ⁺ )

In a  β⁺ decay, a proton is converted into a neutron and a positron (_-1e⁰ ) is emitted if a nucleus has more protons than neutrons.

N / Z太小而无法稳定的核素可以发射正电子，即电子的反粒子，它与电子相同，但带正电荷。基本过程称为β+（β ⁺ ）衰变。

p ⇢ n + β ⁺ + v (v=中微子)

只要原始原子的中性原子质量比最终原子的中性原子质量至少大两个电子质量，就会发生β ⁺衰变。有一些核素在能量上不可能进行 β ⁺发射，但其中轨道电子可以与原子核中的质子结合形成中子和中微子。中子留在原子核中并发射出中微子。

例如：

₁₁氖²² ⇢ ₁₀氖²² + _-1 e ⁰

电子捕获

Electron capture, nucleus absorbs one of the inner electrons revolving around it and hence a nuclear proton becomes a neutron and a neutrino (v) is emitted.

该过程表示为：

₁ H ¹ + _-1 e ⁰ ⇢ ₀ n ¹ + v (v=中微子)

电子捕获与正电子发射兼容，因为这两个过程都会导致相同的核转化。然而，电子捕获比重元素中的正电子发射更频繁地发生。这是因为重元素中电子的轨道半径很小，因此轨道电子非常靠近原子核。

例如：

₅₄ Xe ¹²⁰ + _-1 e ⁰ ⇢ ₅₃ I ¹²⁰ + v

属性 β 衰减：

• 在β衰变中，核内的中子变成质子，结果电荷数保持不变，原子序数增加一。
• β粒子的发射伴随着一个具有可变能量的伴粒子。
• 伴生粒子是无质量且无电荷的，被称为反中微子。
• 在 β 衰变过程中，反中微子与 β 粒子的发射保持了角动量。
• 中微子和反中微子的质量为零。两个 1/2 的自旋以 h/2π 为单位。两者的费用为零。
• 中微子的自旋与其动量反平行，而反中微子的自旋与其动量平行。

伽马 (γ) 衰减

It is the spontaneous process of emission of high energy photons from a radioactive nucleus. The emission of alpha and beta particles leave the daughter nucleus in the excited state which in turn emits one or more Gamma-ray photons in single or successive transitions.

由于伽马射线是由子核发射的，伽马射线的发射为α和β粒子的发射。伽马射线的能量等于激发态或更高能态的能量与核子基态的能量之差。

例如：

₈₂ Pb ²¹⁰ ⇢ ₈₃ Bi ^210* + _-1 e ⁰ + 反中微子

₈₃双^210* ⇢ ₈₃双²¹⁰ + γ射线

属性 Gamma (γ) 衰减：

• 当原子核通过高能粒子轰击或通过放射性转变而处于激发态时，它可以通过发射一个或多个称为伽马射线的光子而衰变为基态。
• Gamma Photon 的能量阶数为 100 KeV。
• 伽马光子的剩余质量为零。

使用的术语：

• 反中微子——它是一种几乎没有质量的非常小的粒子。它在放射性衰变过程中与 β 负 (β ^– ) 粒子一起发射。
• 正电子——它是电子的反粒子。正电子的性质与电子的性质相同，只是正电子带有正电荷，而电子带有负电荷。
• 中微子——它是一种非常小的中性粒子，几乎没有质量。它在放射性衰变过程中与 β ⁺粒子一起发射。它与材料的相互作用非常微弱，因此不容易被检测到。

示例问题

问题1 ^：写出β- ₁₅ P ³²衰变过程的符号表达式。

回答：

The symbolic expression for β^–  decay process of ₁₅P³² is,

₁₅P³² ⇢ ₁₆X³² + _-1e⁰ +  ̅ν

问题2：举例说明大部分衰变能量表现为α粒子的动能。

回答：

The mass number of alpha emitters is 210, and in the decay of polonium ₈₄Po²¹⁰, the alpha particle emitted is found to have energy 5.3 MeV.

Therefore from equation, we have

Q = (K.E) α × A/A – 4  

    =  5.3 × 210 / 210 -4

    =  5.4 MeV

This example clearly illustrates that the most of the disintegration energy appears as the kinetic energy of alpha particle.

问题 3：计算₉₂ U ²³² （质量 = 232.037146 u）衰变为₉₀ Th ²²⁸ （质量 = 228.028731 u）发射一个 α 粒子的崩解能。

回答：

Use conservation of energy ₉₂U²³² is the parent, ₉₀Th²²⁸ is the daughter.

Since the mass of the helium is 4.002603u, the total mass in the final state is 228.028731 u + 4.002603 u = 232.031334 u

The mass last when the ₉₂U²³² decays is 232.037146 u – 232.031334 u = 0.005812 u

Since, 1 u = 931.5MeV,the energy Q released is,

Q = (0.005812 u) × (931.5 MeV/u)

    ~5.4 MeV

And this energy appears as kinetic energy of the α particle and the daughter nucleus.

问题 4：求 β 粒子在下列衰变过程中的最大能量：

₈ O ¹⁹ ⇢ ₉ F ¹⁹ + – ₁ e ⁰ + ̅ν

（给定：m( ₈ O ¹⁹ ) = 19.003576 amu，m( ₉ F ¹⁹ ) = 18.998403 amu 和 m( _-1 e ⁰ ) = 0.000549 amu)

回答：

The Rest mass of  ̅ν = 0

Q- value of β decay = m(O) – {m(F) + m(e)}

                                = 19.003576 – (18.998403 + 0.000549)

                                = 19.003576 – 18.998952 

                                = 0.004624 a.m.u

Since 1 a.m.u = 931 MeV

                      = 0.004624 × 931 MeV 

                      = 4.3049 MeV

The energy is shared by β^– particle and antineutrino ( ̅ν ). If  ̅ν does not get any share then the maximum K.E of β^– particle is 4.3049 MeV.

问题5：给定以下原子质量： ₉₂ U ²³⁸ = 238.05079u, ₉₀ Th ²³⁴ = 234.04363u, ₉₁ Pa ²³⁷ = 237.05121u ； ₁ H ¹ = 1.00783, ₂ He ⁴ = 4.00260u。证明₉₂ U ²³⁸不能自发发射质子。

回答：

 ₉₂U²³⁸  —> ₉₁Pa²³⁷ + ₁H¹

 Mass Defect,

Δm = ( 238.05079 – 237.05121 – 1.00783) u

=> Energy released Q = -0.00825u

= -0.00825 × 931.5 = -7.68 MeV

Since, Q value is negative, so proton cannot be emitted spontaneously.