【中華百科全書●科學●α衰變】

楊籍富

【中華百科全書●科學●α衰變】

 

原子核由中子與質子所構成。

 

質子之質量為電子質量之一千八百餘倍，其所帶電荷與電子之電荷大小相等，符號相反，即電子帶負電而質子帶正電。

 

中子之質量稍大於質子，但不帶電。

 

中子與質子合稱為核子，換言之，中子與質子乃核子之兩種不同狀態。

 

如原子核中所含核子之分布形態，恰使該原子核之能量為最小，則此核子分布形態，稱為該原子核之基態。

 

該原子核中所含核子之任何其他分布形態，其能量必均較基態為大，故不穩定，稱為原子核之激發態。

 

原子核之激發態乃由核子反應所造成，而核子反應，則可由人造之粒子加速器促成，或自然形成，惟此種自然形成之核子反應過程，均在數十億年，乃至一百餘億年以前發生，故研究自然形成之原子核激發態（即所謂放射性原子核），對宇宙起源之了解，頗有助益。

 

激發態之原子核，因其能量高於該原子核之基態，極不穩定。

 

當其放出粒子而回歸基態之過程，稱為衰變。

 

如在衰變過程中放出α粒子（即氦原子之原子核），則稱α衰變。

 

如在衰變過程中放出或吸收電子或正子（即電子之反粒子），則稱β衰變。

 

如在衰變過程中，放出高能光子（即高能電磁輻射，亦即所謂γ射線），則稱γ衰變。

 

茲將α衰變過程之物理學，扼要闡述於次：吾人可想像在原子核內，先有兩質子及兩中子形成一α粒子（即氦元素之原子核），此α粒子因帶正電，故與原子核中之其餘質子相互排斥，同時，此α粒子亦與其餘核子之間，有強大之強作用吸力（或稱核子力），故α粒子與其餘核子在電磁力與強作用力之聯合作用下，產生如圖所示之位能。

 

圖中Ｒ表強作用力之有效範圍，U0表強作用力位能，其值為負，表示吸力。

 

強作用力之力程Ｒ亦可視為原子核之半徑。

 

由於強作用力為短程力，故在原子核以外，僅有電磁力（即庫倫斥力）作用於α粒子，故α粒子在原子核外之位能，即庫倫斥力位能。

 

此項庫倫位能在原子核半徑Ｒ處之值Ｈ，稱為位柵高度（HeightofthePotentialBarrier）。

 

α粒子之能量εα雖較Ｈ為低，但根據量子力學，此α粒子仍有可能越過位柵，而α粒子自原子核內逸出之或然率λ為（方程式1）式中？

 

表α粒子在原子核內之平均速度，Ｍ為α粒子之質量。

 

（鄒志剛）

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=10397