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1、McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004第12章 核轉換 Nuclear TransformationsMcGraw-Hill EducationMcGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004內容單元 12.1 放射性衰變 12.2 半衰期 12.3 放射系 12.4 阿爾法衰變 12.5 貝他衰
2、變 12.6 伽瑪衰變 12.7 截面積 12.7 截面積 12.8 核子反應 12.9 核分裂 12.10 核子反應爐 12.11 恆星中的核融合 12.12 融合反應爐 附錄：阿爾法理論 McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 200412.1 放射性衰變 Radioactive Decay五種類別 活性(12.1) McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The M
3、cGraw-Hill Companies, Inc., 2004圖12.1 由鐳原子中所產生的輻射可藉由磁場的幫助來分析，阿 爾法粒子被偏折至左邊，因此它們帶正電；貝他粒子被偏折至右 邊，因此為負電，伽瑪射線並未被偏折，所以它們並不帶電。McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004表12.1 放射性衰變。McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-H
4、ill Companies, Inc., 2004圖12.2 由放射性材料放射出來的阿爾法粒子被厚紙板擋住，貝他粒子穿透 厚紙板但被鋁板擋住，而甚至是很厚的鉛板也不能阻擋所有的伽瑪射線。 McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004圖12.3 五種放射性衰變。McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 20
5、04範例12.1 氦同位素 為不穩定，你預期它會產生何種衰變呢？ 答McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004圖12.4 全世界平均輻射劑量的主要來源，全部為2.7 mSv，但真實劑量會隨 地點而變。舉例來說，氡濃度在所有地方並不相同，有些人會比別人接收到較 多的醫學輻射量，宇宙射線在高緯度較強（較常飛行的人會得到比海平面高2 倍的劑量，高緯度城市的居民則高出了5倍），依此類推。雖然意外發生會使 污染區域的劑量增加到危險的程度，但核子動力電場才
6、產生總劑量的0.1%。McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 200412.2 半衰期 Half-Life越來越少，但總是殘留一些 活性定律 半衰期 放射性衰變 平均生命期 活性 (12.2) (12.3) (12.4) (12.5) (12.6) (12.7) (12.8) McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, I
7、nc., 2004圖12.5 放射性核素的活性會隨時間呈指數衰減，半衰期為初始活性減少 一半所需的時間，放射性核素的平均生命為半衰期的1.44倍式 (12.7)。McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004範例12.2 百分子六十的氡氣衰變需要多少時間？ 答 從式 (12.5) 中， 此處=0.693/T1/2=0.693/3.82d且N=(1-0.600N)N0=0.400N0，所以McGraw-HillMcGraw-Hill The McGr
8、aw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004圖12.6 和 的阿爾法衰變其半衰期為3.8天，在此所繪之氡氣的衰 變樣本其初始質量為1.0 mg。McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004範例12.3 求出1 mg氡氣 的活性，其質量為222 u。 答 氡的衰變常數為 1 mg 的原子數目為 因此McGraw-HillMcGraw-Hill The McGra
9、w-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004範例12.4 在一個星期之後，上述氡樣本的活性為何？ 答 樣本的活性會根據式 (12.2) 而衰變，因為在此R0=155Ci且 我們發現McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004範例12.5 一塊經過古代大洪水的木頭被發現具有 活性，每克每 分鐘發生13次衰變，活的木頭 的活性為每克每分鐘16 次衰變，這個木頭樣本是
10、在多久以前死亡的呢？ 答 如果從最近仍活著的植物和動物而得的特定質量碳活性為R0，而 要被定年的質量相同樣本，其活性為R，則從式 (12.2) 中可得 為解出年代t，我們如下列計算： 從式 (12.3) 中知道，放射性碳的衰變常數為t = 0.693/T1/2 = 0.693/5760年，此處R0/R = 16/13，所以McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004表12.2 地質定年法McGraw-HillMcGraw-Hill The McG
11、raw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 200412.3 放射系 Radioactive Series四種衰變序列，且每個序列都結束於一個穩定的子產物表12.3 四個放射系McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004圖12.7 鈾衰變系(A=4n+2)， 的衰變可藉由阿爾法輻射和接續的貝他輻射或是相反順序所產生。McGraw-HillMcGraw-Hill Th
12、e McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004範例12.6 在一礦物質樣本中的鈾同位素 和 的原子 比為1.8104。的半衰期T1/2(234)=2.5105年，求 出 的半衰期。 答 因為T1/2=0.693/，從式 (12.9) 中我們得到 此方法對於求出非常長和非常短半衰期的放射性核素 非常方便，放射性核素與其他較易測量半衰期的放射 性核素處於平恆狀態。McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw
13、-Hill Companies, Inc., 200412.4 阿爾法衰變 Alpha Decay不可能出現在古典物理中，然而它卻發生了 蛻變能 阿爾法粒子能量 衰變常數 碰撞頻率 阿爾法衰變常數 (12.10) (12.11) (12.12) (12.13) (12.14) McGraw-HillMcGraw-Hill The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004The McGraw-Hill Companies, Inc., 2004範例12.7 釙同位素處於不穩定狀態，且會釋放出能量為5.30 MeV 的阿爾法粒子，的原子質量為209.9829 u，而則為4.0026 u，求出其子核素和原子質量。 答 (a) 子核素的原子序為而質量數為。因為為鉛的原子序，故子核素 的符號為。 (b)
