
【化】 Geiger-Nutall equation
about; annex; canopy; casing; cover; lid; shell; top; build
【化】 cap; cover; lid
【医】 cap; coping; operculum; roof; tegmen; tegmentum; veil
change; hide; leather; transform
【化】 leather
exert; protrude; put forth
pagoda; tower
【化】 column
【医】 tower
like so; you
equation
盖革-努塔尔方程(Geiger-Nuttall Law)是描述放射性α衰变中粒子射程与衰变常数关系的经验公式,由德国物理学家汉斯·盖革(Hans Geiger)和英国科学家约翰·米切尔·努塔尔(John Mitchell Nuttall)于1911年提出。该方程揭示了α粒子的射程(即穿透物质的能力)与原子核衰变概率之间的对数线性关系,其数学表达式可表示为:
$$
R = k ln(lambda) + C
$$
其中,$R$为α粒子在物质中的射程,$lambda$为衰变常数,$k$和$C$为与放射性核素相关的经验常数。
从汉英词典角度解释,该定律的英文全称为Geiger-Nuttall Law,中文译名“盖革-努塔尔定律”保留了两位科学家的姓氏音译。方程中的关键术语对应为:
该方程的物理意义在于,α粒子射程越长(即能量越高)的核素,其衰变常数越大,半衰期越短。这一规律为早期核物理研究提供了重要工具,尤其在原子核势垒穿透理论的建立中起到关键作用。
权威参考资料:
盖革-努塔尔方程(Geiger-Nuttall law)是描述放射性α衰变中半衰期与α粒子能量关系的经验公式,由汉斯·盖革和约翰·努塔尔于1911年提出。以下是其核心要点:
公式形式
该方程表达为:
$$log T_{1/2} = a frac{Z}{sqrt{E}} + b$$
其中:
物理意义
方程表明,半衰期随α粒子能量增大而指数级缩短,即能量越高的α粒子衰变越快。这一现象源于量子隧穿效应:α粒子需穿透原子核的库仑势垒,势垒高度和宽度直接影响穿透概率。
理论背景
该定律后来通过量子力学中的势垒穿透模型得到解释。乔治·伽莫夫等人利用薛定谔方程,将α衰变视为α粒子在核势阱与库仑势垒间的隧穿过程,推导出半衰期与能量的定量关系。
应用与局限性
盖革-努塔尔方程在核物理早期研究中用于预测放射性同位素的稳定性,但仅适用于同一衰变系列(如铀、钍系列)。对于不同系列的核素,需调整常数(a)和(b)。
示例:镭-226((Z=88))的α衰变能量约为4.8 MeV,半衰期为1600年;而钋-214((Z=84))能量为7.7 MeV,半衰期仅0.16毫秒,印证了能量与半衰期的反比关系。
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