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选择性必修三 第五章 原子核
2
放射性元素的衰变
在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。
真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
原子核中有粒子放出，核会发生变化
原子核中由质子和中子共同组成
α射线是42He核流
β射是0-1e流
都来自原子核
衰变
复习回顾
一、原子核的衰变
原子核自发地放出α粒子或β粒子，核电荷数改变，变成另一种原子核的变化
1.定义：
是一种基本的原子核反应
2.α衰变
一、原子核的衰变
α衰变方程
通用表达式
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
+92e
+90e
234
90
Th
U
238
92
4
2
He
→
+
A
Z
X
→
A-4
Z-2
Y
+
4
2
He
3.β衰变
一、原子核的衰变
234
90
Th
+90e
+91e
234
91
Pa
0
-1
e
→
+
β衰变方程
通用表达式
A
Z
X
→
A
Z+1
Y
+
0
-1
e
电荷数和质量数守恒
一、原子核的衰变
4.衰变的本质
思考：原子核为什么会放出电子和氦核呢？
1）α衰变
4
2
He
→
+
1
1
H
2
1
0
n
2
2）β衰变
0
-1
e
→
+
1
1
H
1
0
n
A
Z
X
→
A
Z+1
Y
+
0
-1
e
A
Z
X
→
A-4
Z-2
Y
+
4
2
He
mp=1.672×10-27kg
mn=1.674927471×10-27kg
一、原子核的衰变
5.γ射线的来源
为何放射性物质会同时放出三种射线呢？
γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的
放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。
α、β、γ三种射线
原子核能量变化是不连续的
与原子类似
存在能级且
越低越稳定
新核处于高能级
发生α衰变
或β衰变
跃迁到低能级
放出γ光子
课堂练习
238
92
U
222
86
Rn
2. （铀核）衰变为 （氡核）要经过几次α衰变，几次β衰变？
1. 写出放射性元素 的α衰变以及 （钋核）的β衰变的方程。
234
90
Th
210
84
Po
二、半衰期
1.放射性元素衰变的快慢
每过3.8d就有一半的氡发生了衰变
半衰期τ
1）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
2）半衰期是描述原子核衰变快慢的物理量
二、半衰期
2.半衰期（τ）的特点
1）不同的放射性元素，半衰期不同，同一种原子核半衰期固定
氡222衰变为钋218的半衰期是3.8d
镭226衰变为氡222的半衰期是1620年
铀238衰变为钍234的半衰期竟长达4.5×109 年
2）半衰期是对大量原子核整体衰变做出的“统计预测”，对单个原子核半衰期毫无意义。
微观世界规律的特征之一“单个微观事件不可以预测”
3）半衰期由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系
最初的某种原子核质量：m0
半衰期：τ
时间：t
未衰变的这种原子核质量：
二、半衰期
3.半衰期相关计算
m余=m0( )
1
2
t
τ
N余=N0( )
1
2
t
τ
课堂练习
3. 已知钍234的半衰期是24d，1g钍234经过120d后还剩多少？若已知铋210的半衰期是5d，经过多少天后，20g铋210还剩1.25g？
三、核反应
卢瑟福用α粒子轰击氮原子核
17 8
O
→
+
17
7
N
4
2
He
+
1
1
H
人类第一次实现原子核的人工转变
用α粒子，质子、中子甚至用γ光子去轰击一些原子核，都可以实现原子核的转变
研究原子核的结构、发现和制造新元素
三、核反应
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为人工核反应，简称核反应
1.定义：
1）核子数发生变化导致元素种类发生变化，是一种质的变化
2.特点
是核物理变化
2）核反应过程一般都不可逆，只能用单向箭头表示反应方向
3）核反应的生成物一定要以实验事实为基础，不能简单依据
质量数守恒和电荷数守恒杜撰生成物
4）核反应过程质量不守恒，反应前后总质量一般会发生变化
能量
质量亏损
γ光子
原子核
衰变
A
Z
X
→
A
Z+1
Y
+
0
-1
e
三、核反应
广义上讲衰变也属于核反应
四、放射性同位素及其应用
1.放射性同位素
能够自发地放出粒子而衰变的不稳定同位素
不同放射性同位素放出射线不同，种类由原子核本身决定
天然放射性同位素不过40多种，通过核反应生成的人工放射性同位素已达1000多种
人工放射性同位素的放射强度容易控制，半衰期比较短，因此放射性废料容易处理，应用广泛。
四、放射性同位素及其应用
2.放射性同位素的应用
1）利用射线的穿透本领
①检查金属部件的砂眼、裂痕（探伤）
γ射线
②测厚、测液高实现自动化控制
四、放射性同位素及其应用
2.放射性同位素的应用
2）利用射线的电离本领
α射线
使空气电离成为导体，消除静电
3）利用射线的物理、化学、生物作用
放射治疗
培优、保鲜（γ射线）
4）利用射线本身
示踪原子（有放射性标记）
碳14测年技术
自然界中的碳主要是碳12，也有少量的碳14。宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14。核反应方程为
碳14具有放射性，能够自发地进行β衰变而变成氮，核反应方程为
碳14的半衰期T1/2为5 730年。碳14不断产生又不断衰变，达到动态平衡，因此，它在大气中的含量相当稳定，大约每1012个碳原子中有一个碳14。活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同。植物枯死后，遗体内的碳14仍在衰变，不断减少，但是不能得到补充。因此，根据放射性强度减小的情况就可以推算植物死亡的时间。
例如，要推断一块古木的年代，可以从中取出一些样品，测量样品中的碳14含量。如果含量是现代植物的 ，则说明这块古木的历史大概有碳14的一个半衰期T1/2，即5730年。类似地，如果碳14含量是现代植物的 1/4，则古木历史大概是2T1/2，即11460年……
在经济建设中也会用到碳14测定年代的方法。例如，进行基本建设时，地质基础的力学性质是个重要指标。一般说来，地层形成年代越早，固结程度越高，抗冲击性和承压性越好。北京饭店新楼施工时，在地面以下13 m 深的位置发现了两棵直径达1 m 的榆树。用碳14测定，这两棵树距今29 285±1 350 年。据此数据，建设部门认为这个地层已经足够古老，可以作为地基，于是停止下挖，这样就节约了资金
五、辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中
辐射的强度都在安全剂量之内
宇宙的射线
周围的岩石
食物和日常用品
食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40
五、辐射与安全
过量的射线对人体组织有破坏作用
在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。
课堂练习
4. 完成下列核反应方程。
19
9
F
+
4
2
He
→
11
H
+
( )
11
5
B
+
14
7
N
→
10
n
+
( )
1
1
H
+
14
7
N
→
10
n
+
( )
课堂练习
5. 写出下列原子核人工转变的核反应方程。
（1） Na（钠核）俘获1个α粒子后放出1个质子
23
11
（2） Al （铝核）俘获1个α粒子后放出1个中子。
（3） O（氧核）俘获1个中子后放出1个质子。
（4） Si（硅核）俘获1个质子后放出1个中子。
27
13
16
8
30
14

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