放射性壊変

(R3.6, R2.7)

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α壊変

(R2.8.12,R1.6.31)
 (A,Z) → (A-4Z-2) + α
・親核種からα粒子が飛び出す
・壊変条件
:Q>0
 Q値={M親-(m娘+α)}×C2
 M親:親核種の質量 
 m娘:娘核種の質量 
 C:光速

・エネルギー保存則 (R3.31)
 Q=1/2×mαvα2 + 1/2×mv2

・運動量保存則 (R3.31)
 mv=mαvα

・α粒子のエネルギーEα
 Eα=1/2×mαvα2
 Eα=m / (m+mα)×Q
→α線は線スペクトルのエネルギーをもつ
→Eαはトンネル効果(量子力学的説明)によってクーロン障壁を超える

・生成核の反跳エネルギーEb (R3.13)
 Eb=mα/ (m+mα)×Q
   =(mα/ m)×Eα

・ガイガー・ヌッタルの法則 
 放出されるα粒子のエネルギーと崩壊定数の経験的関係を示す式
 短い半減期の核種からのα線エネルギー>長い半減期の核種からのα線エネルギー

β-壊変

 (R2.32)
 (A,Z) → (AZ+1) + β
弱い相互作用によっておこる
 中性子が「陽子」「β」「反ニュートリノ」になる

・壊変条件
:Q>0,M>m
 Q値={M-(m+me)}×C2

・β線の最大エネルギーEβ-max
 Eβ-max(M-m)×C2
→β,反ニュートリノの角度・エネルギーは連続スペクトル

β+壊変

 (R2.32)
 (A,Z) → (AZ-1) + β+
弱い相互作用によっておこる
 陽子が「中性子」「β+」「ニュートリノ」になる

・壊変条件
:Q>0,M-m-2me>0
 Q値={M-(m+2me)}×C2

・β+線の最大エネルギーEβ+max
 Eβ+max(M-m-2me)×C2
→β+,ニュートリノの角度・エネルギーは連続スペクトル

とは異なるスペクトル分布を示すので注意

EC壊変

 (R2.32,R1.12)
 (A,Z) → (AZ-1)
β+壊変と競合して起こる
 陽子が「軌道電子」を捕獲して「中性子」「ニュートリノ」になる

・結果として,電子の軌道に空席が生じる
→「特性X線放出」または「オージェ電子放出」が起こる

核異性体転移 (IT) 

(A,Z)m → (AZ) + γ線

内部転換

 (R3.9, R2.32)
・γ線を放出する代わりに軌道電子を放出する現象
 γ線放出との競合反応

・内部転換電子のエネルギーEe
 EeEγ-E
 Eγ:γ線エネルギー 
 E:軌道電子束縛エネルギー
→内部転換電子のエネルギーは一定のエネルギー,線スペクトル

 L殻内部転換電子のエネルギー>K殻内部転換電子のエネルギー
K殻の方が内部転換電子になりやすい

・内部転換係数
=「内部転換電子放出数」÷「γ線放出数
0~∞までの値を取りうる
 内部転換は比較的重い核に多く起こる

特性X線の発生

 (R2.14)
 励起状態の原子が基底状態に戻るために放出する光子
・K特性X線
:K殻に生じた空位により生じた特性X線
 Kα,Kβなどがある
 K特性X線のエネルギー
K殻結合エネルギー-L殻結合エネルギー
 放出確率:Kα
 エネルギー:Kα

・特性X線のエネルギー
 K特性X線>L特性X線
(K殻結合エネルギー>L殻結合エネルギー)

・吸収端エネルギー
:各殻における結合エネルギー

・蛍光収率
 蛍光収率=「特性X線放出数」÷「軌道空席
 原子番号が大きい(Z≧32くらいから)
→蛍光収率が大きい
→特性X線の割合が大きい

オージェ電子

 (R2.19)
 特性X線の代わりに放出される外側軌道電子
・オージェ電子のエネルギー
 =特性X線のエネルギー-軌道電子の結合エネルギー
 K殻オージェ電子のエネルギー>L殻オージェ電子のエネルギー

*K殻オージェ電子
:K殻に生じた空位によって放出されるL殻以上の電子

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