2024年4月13日发(作者：荤艺)
α，β，γ衰变的总结
概念
衰变方式
α衰变 β衰变 γ衰变
原子核从激发态
通过发射γ光子
或内转换电子跃
迁到较低能态的
过程
定义
不稳定核自发地
放出α粒子而发
生蜕变的过程
核电荷Z发生改变，而核
子数A不变的自发衰变
过程
:
Z
A
X
Z
A
Y
e1
，
反应式
A
Z
X
A4
Z2
Y
e
，
Y+
；
:
Z
A
X
Z
A
1
A
EC:
Z
Xe
i
Z
A
Y
e
；
1
A
Z
A
X
Z
X
；
反应后的
产物
子核和α粒子
子核和β
-
，β
+
粒子，中
微子
能量较低的原子
核，γ光子和内转
换电子
衰变能能
量范围
4~9Mev；处于激
发态的原子核进
最大能量范围：几十kev~
行α衰变其衰变
几Mev；
能可能大于
9MeV
10
-7
s ~10
15
s； 10
-3
s~10
24
a
kev~十几Mev；
半衰期范
围
10
-6
~10
-4
s
质量数较大
(A>140)的核素
能够发生α衰变，β衰变几乎遍及整个元
元素范围
(N<82)的只有少素周期表
数核能够发生α
衰变。
处于高能态的原
子核退激时即能
发生γ衰变
β
-
衰变：
M
X
(Z,A)>M
Y
(Z+1,A)
或
Δ(Z,A)>Δ (Z+1,A)
M
X
(Z,A)>M
Y
(Z-2
β
+
衰变：
,A-4)+M
He
(2,4)或
发生的条M
X
(Z,A)>M
Y
(Z-1,A)+2m
e
Δ(Z,A)>Δ
件（能量） 或
(Z-2,A-4)+Δ
Δ(Z,A)>Δ(Z-1,A)+2m
e
c
2
(2,4)；
EC过程：
M
X
(Z,A)>M
Y
(Z-1,A)+ε
i
/c
2
原子核处于激发
态；
或
Δ(Z,A)> Δ(Z-1,A)+ε
i
；
物理理论 穿透库仑势垒； β衰变的费米理论
α，β或γ
A
的能量与T
β
=E
β
max
≈E
0
E
0
T
A4
；
衰变能的
关系
α粒子的质量、能
跃迁矩阵元的大小决定
影响半衰
量，势垒高度、了β衰变的快慢
期的因素
厚度
一般而言，衰变有萨金特（Sargent）定律：
能越大，α粒子β衰变的半衰期与β粒
衰变能对
穿透库仑势垒概子最大能量（近似为衰变
衰变的影
率越大，衰变常能）存在很强的依赖关
响
数越大，α衰变系；衰变能越大，衰变越
越容易发生； 容易发生；
角动量守恒，因
为强相互作用与
电磁相互角动量
在β衰变的孤立系统中，
角动量对守恒；α粒子带
角动量守恒，轻子带走的
衰变的影走的角动量越
轨道角动量越大，跃迁级
响 小，衰变越容易
次越高，衰变越难发生；
发生，这是由α
粒子穿透势垒的
离心势造成的
宇称守恒，
i
f
(1)
l
单质子模型；
γ光子的动能近似
等于衰变能：Eγ
≈E
0
；
γ光子能量和跃迁
时带走的角动量
一般而言，衰变能
越大，γ跃迁概率
越大，γ衰变越容
易发生；
角动量守恒，因为
γ衰变为电磁力
作用的结果，γ衰
变带走的角动量
越多，跃迁概率越
小
因为
宇称对衰
变的影响
是
α衰变是核力与
电磁力参与的结
果，在强相互作
用和电磁相互作
用中，宇称是守
恒的；
宇称守恒，γ衰变
为电磁力作用的
宇称不守恒，β衰变中放结果，电磁相互作
出电子和中微子，电子-用中宇称守恒。
中微子场与原子核的相宇称奇偶性和角
互作用为弱相互作用，弱动量奇偶性相同
相互作用中宇称不守恒； 时为电多级辐射，
宇称奇偶性与角
动量奇偶性相反
时为磁多级辐射；
分立谱，发射γ光
子的能量也可用
于测量原子核的
能级图；
发射粒子
的能量分
布
分立谱，可以此
测量原子核的能
级图；
跃迁选择
定则
无
纸张、mm～cm
空气，穿透能力
穿透力和
弱，但电离能力
电离能力
最强
出射电子
是否事先
存在？
核子存在，但需
要形成
β
-
和β
+
衰变中β粒子的
能量是连续谱(三体问
题),而EC衰变的中微子
能量是分立谱；
允许跃迁：
ΔI=0，±1 Δπ=+1；
一级禁戒跃迁： 从角动量守恒和
ΔI=0，±1，±2 宇称守恒即跃迁
Δπ=-1； 概率可导出γ的
n级禁戒跃迁： 选择定则
ΔI=±n,±(n+1)
Δπ=(-1)
n
“～几cm铅”，穿
几mm金属，穿透能力和
透能力最强但由
电离能力比α离子弱，比
于不带电，几乎没
γ光子强
有电离能力
β和中微子事先都不存
事先不存在，是原
在，是核子在不同状态之
子核在不同能态
间跃迁产生的
跃迁产生的
2024年4月13日发(作者：荤艺)
α，β，γ衰变的总结
概念
衰变方式
α衰变 β衰变 γ衰变
原子核从激发态
通过发射γ光子
或内转换电子跃
迁到较低能态的
过程
定义
不稳定核自发地
放出α粒子而发
生蜕变的过程
核电荷Z发生改变，而核
子数A不变的自发衰变
过程
:
Z
A
X
Z
A
Y
e1
，
反应式
A
Z
X
A4
Z2
Y
e
，
Y+
；
:
Z
A
X
Z
A
1
A
EC:
Z
Xe
i
Z
A
Y
e
；
1
A
Z
A
X
Z
X
；
反应后的
产物
子核和α粒子
子核和β
-
，β
+
粒子，中
微子
能量较低的原子
核，γ光子和内转
换电子
衰变能能
量范围
4~9Mev；处于激
发态的原子核进
最大能量范围：几十kev~
行α衰变其衰变
几Mev；
能可能大于
9MeV
10
-7
s ~10
15
s； 10
-3
s~10
24
a
kev~十几Mev；
半衰期范
围
10
-6
~10
-4
s
质量数较大
(A>140)的核素
能够发生α衰变，β衰变几乎遍及整个元
元素范围
(N<82)的只有少素周期表
数核能够发生α
衰变。
处于高能态的原
子核退激时即能
发生γ衰变
β
-
衰变：
M
X
(Z,A)>M
Y
(Z+1,A)
或
Δ(Z,A)>Δ (Z+1,A)
M
X
(Z,A)>M
Y
(Z-2
β
+
衰变：
,A-4)+M
He
(2,4)或
发生的条M
X
(Z,A)>M
Y
(Z-1,A)+2m
e
Δ(Z,A)>Δ
件（能量） 或
(Z-2,A-4)+Δ
Δ(Z,A)>Δ(Z-1,A)+2m
e
c
2
(2,4)；
EC过程：
M
X
(Z,A)>M
Y
(Z-1,A)+ε
i
/c
2
原子核处于激发
态；
或
Δ(Z,A)> Δ(Z-1,A)+ε
i
；
物理理论 穿透库仑势垒； β衰变的费米理论
α，β或γ
A
的能量与T
β
=E
β
max
≈E
0
E
0
T
A4
；
衰变能的
关系
α粒子的质量、能
跃迁矩阵元的大小决定
影响半衰
量，势垒高度、了β衰变的快慢
期的因素
厚度
一般而言，衰变有萨金特（Sargent）定律：
能越大，α粒子β衰变的半衰期与β粒
衰变能对
穿透库仑势垒概子最大能量（近似为衰变
衰变的影
率越大，衰变常能）存在很强的依赖关
响
数越大，α衰变系；衰变能越大，衰变越
越容易发生； 容易发生；
角动量守恒，因
为强相互作用与
电磁相互角动量
在β衰变的孤立系统中，
角动量对守恒；α粒子带
角动量守恒，轻子带走的
衰变的影走的角动量越
轨道角动量越大，跃迁级
响 小，衰变越容易
次越高，衰变越难发生；
发生，这是由α
粒子穿透势垒的
离心势造成的
宇称守恒，
i
f
(1)
l
单质子模型；
γ光子的动能近似
等于衰变能：Eγ
≈E
0
；
γ光子能量和跃迁
时带走的角动量
一般而言，衰变能
越大，γ跃迁概率
越大，γ衰变越容
易发生；
角动量守恒，因为
γ衰变为电磁力
作用的结果，γ衰
变带走的角动量
越多，跃迁概率越
小
因为
宇称对衰
变的影响
是
α衰变是核力与
电磁力参与的结
果，在强相互作
用和电磁相互作
用中，宇称是守
恒的；
宇称守恒，γ衰变
为电磁力作用的
宇称不守恒，β衰变中放结果，电磁相互作
出电子和中微子，电子-用中宇称守恒。
中微子场与原子核的相宇称奇偶性和角
互作用为弱相互作用，弱动量奇偶性相同
相互作用中宇称不守恒； 时为电多级辐射，
宇称奇偶性与角
动量奇偶性相反
时为磁多级辐射；
分立谱，发射γ光
子的能量也可用
于测量原子核的
能级图；
发射粒子
的能量分
布
分立谱，可以此
测量原子核的能
级图；
跃迁选择
定则
无
纸张、mm～cm
空气，穿透能力
穿透力和
弱，但电离能力
电离能力
最强
出射电子
是否事先
存在？
核子存在，但需
要形成
β
-
和β
+
衰变中β粒子的
能量是连续谱(三体问
题),而EC衰变的中微子
能量是分立谱；
允许跃迁：
ΔI=0，±1 Δπ=+1；
一级禁戒跃迁： 从角动量守恒和
ΔI=0，±1，±2 宇称守恒即跃迁
Δπ=-1； 概率可导出γ的
n级禁戒跃迁： 选择定则
ΔI=±n,±(n+1)
Δπ=(-1)
n
“～几cm铅”，穿
几mm金属，穿透能力和
透能力最强但由
电离能力比α离子弱，比
于不带电，几乎没
γ光子强
有电离能力
β和中微子事先都不存
事先不存在，是原
在，是核子在不同状态之
子核在不同能态
间跃迁产生的
跃迁产生的