
【化】 Geiger-Nutall equation
about; annex; canopy; casing; cover; lid; shell; top; build
【化】 cap; cover; lid
【醫】 cap; coping; operculum; roof; tegmen; tegmentum; veil
change; hide; leather; transform
【化】 leather
exert; protrude; put forth
pagoda; tower
【化】 column
【醫】 tower
like so; you
equation
蓋革-努塔爾方程(Geiger-Nuttall Law)是描述放射性α衰變中粒子射程與衰變常數關系的經驗公式,由德國物理學家漢斯·蓋革(Hans Geiger)和英國科學家約翰·米切爾·努塔爾(John Mitchell Nuttall)于1911年提出。該方程揭示了α粒子的射程(即穿透物質的能力)與原子核衰變概率之間的對數線性關系,其數學表達式可表示為:
$$
R = k ln(lambda) + C
$$
其中,$R$為α粒子在物質中的射程,$lambda$為衰變常數,$k$和$C$為與放射性核素相關的經驗常數。
從漢英詞典角度解釋,該定律的英文全稱為Geiger-Nuttall Law,中文譯名“蓋革-努塔爾定律”保留了兩位科學家的姓氏音譯。方程中的關鍵術語對應為:
該方程的物理意義在于,α粒子射程越長(即能量越高)的核素,其衰變常數越大,半衰期越短。這一規律為早期核物理研究提供了重要工具,尤其在原子核勢壘穿透理論的建立中起到關鍵作用。
權威參考資料:
蓋革-努塔爾方程(Geiger-Nuttall law)是描述放射性α衰變中半衰期與α粒子能量關系的經驗公式,由漢斯·蓋革和約翰·努塔爾于1911年提出。以下是其核心要點:
公式形式
該方程表達為:
$$log T_{1/2} = a frac{Z}{sqrt{E}} + b$$
其中:
物理意義
方程表明,半衰期隨α粒子能量增大而指數級縮短,即能量越高的α粒子衰變越快。這一現象源于量子隧穿效應:α粒子需穿透原子核的庫侖勢壘,勢壘高度和寬度直接影響穿透概率。
理論背景
該定律後來通過量子力學中的勢壘穿透模型得到解釋。喬治·伽莫夫等人利用薛定谔方程,将α衰變視為α粒子在核勢阱與庫侖勢壘間的隧穿過程,推導出半衰期與能量的定量關系。
應用與局限性
蓋革-努塔爾方程在核物理早期研究中用于預測放射性同位素的穩定性,但僅適用于同一衰變系列(如鈾、钍系列)。對于不同系列的核素,需調整常數(a)和(b)。
示例:鐳-226((Z=88))的α衰變能量約為4.8 MeV,半衰期為1600年;而钋-214((Z=84))能量為7.7 MeV,半衰期僅0.16毫秒,印證了能量與半衰期的反比關系。
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