衰变常数(decay constant),表征放射性衰变统计规律的特征量之一,表示某种放射性核素的一个原子核在单位时间内发生衰变的几率。
定义
衰变常数是各种放射性核素的特征参数。与半衰期一样是表示放射性元素衰变速度的一项指标。
衰变常数(λ)与半衰期(T1/2)有下列关系:λ=0.693/T1/2;T1/2=0.693/λ。λ值愈大,放射性元素衰变愈快,半衰期愈短。
对放射性核素的衰变现象进行观察统计,实验发现,用加压、加热、加电磁场、机械运动等物理或化学手段不能改变指数衰减规律,亦不能改变其衰变常数。这表明,放射性衰变是由原子核内部运动规律所决定的。
物理意义
它的物理意义就是在单位时间内每一个核的衰变几率。每一种放射性核素都有它特定的衰变常数,λ数值大的放射性核素衰变得快,小的则慢。衰变常数的单位是s-1,例如,Co的衰变常数为4.439×10s-1,而Ag的衰变常数则为4.73×10s-1。由此可知,衰变常数也是用来表示放射性核素的特征。
衰变特性
放射性元素的原子核和普通元素的原子核显著不同,在于它的核不稳定性,这些不稳定的核会自发地发生衰变,放出射线,转变成其他元素的原子核。而核反应是原子核被一个粒子轰击后放出一个或几个粒子而转变成另一个原子核的过程。所以说,核衰变是原子核的自发衰变,而核反应是原子核的受激衰变。
核衰变的特点是:
1、核衰变是一个核内过程,仅决定于核本身的性质,任何外界作用,例如,温度、压强、电磁场强弱等情况不能改变其放射性衰变的快慢。放射性元素衰变的快慢用半衰期τ=0.693/λ表征,其中λ是衰变常数,亦是标志放射性原子核衰变快慢的物理量。
2、核衰变是一个统计过程。不能预知它在什么时刻衰变,而只能谈它在某一瞬间发生某种衰变的几率,衰变常数λ也是为此而引入的,用它来表示一个原子核在单位时间的衰变几率和衰变快慢。但是,衰变常数并不等同于原子核的衰变率。原子的衰变率是随时间变化的。
其他研究
核衰变常数可以说是放射化学与核物理学科中最重要的基本概念。通常认为核衰变是遵从统计规律的,放射性衰变常数是表征放射性核素性质的特征恒量,不受外界物理因素或化学因素的影响,这也是现教科书上对核衰变常数特点的公认说法。
但长期以来,学术界仍有学者一直对核衰变常数(速率)能否被外在人工方式改变很感兴趣,并取得了一些有趣的结果。然而什么因素能增加核衰变常数,什么因素能减小核衰变常数,一直没有找到有效的方法和规律。
通常认为,引力比其它三种基本物理力(弱力、电磁力和强力)微弱太多,在原子和分子中,引力效应可基本不考虑。但何裕建等人的实验工作表明,如果外力是手性的,它可以对放射性原子强烈作用,左手螺旋力增加衰变速率降低半衰期,右手螺旋力则降低衰变速率增加半衰期,并且其效应随不对称力的大小的增加而增加。
在他们的实验条件下,属引力范畴的外在左、右手螺旋力可导致放射性的核衰变常数分别降低-11%和增加+6%之多。这暗示可通过不同螺旋方向和大小的外在不对称力来调控放射性核素的稳定性和衰变速率,这对核工业放射污染物的处理有重要实际意义。更重要的是,这也暗示不对称外力与原子中的核力可能存在有效的作用及联系,可能为帮助解决四种基本物理力的统一难题提供重要实验新依据。
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