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第五章 原子核
第二节 放射性元素的衰变
放射性元素放出射线后，它们的原子核还是原来的元素吗？
旧核
释放某粒子
新核
通过上一节课的学习我们知道，在天然放射现象中原子核会放出 α 粒子或 β 粒子，这样由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，就变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。
思考与讨论
1. 定义：
原子核自发地放出α或β粒子后，从而转变为新核的变化。
2. 分类：
α衰变
β衰变
思考1：有γ衰变吗？
一、原子核的衰变
γ射线产生的原因：
原子核的能量与原子的能量一样，其变化是不连续的，因此也存在能级。放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，高能级不稳定，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来。因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。
注意：单个原子一次只能发生一种衰变；当一块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。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。
一、原子核的衰变
思考2：这些衰变方程的质量数和电荷数有什么规律吗？
质量数守恒
电荷数守恒
3. 衰变的规律
动量守恒
一、原子核的衰变
思考3：在α衰变中，新核的质量数与原来核的质量数有什么关系？相对于原来的核在周期表中的位置，新核在周期表中的位置应该前移还是后移？要移动几位？
α衰变的通式：
每发生一次α衰变，新核的质量数要减少4，电荷数要减少2，即原子序数减少2，这样新核在周期表中的位置要向前移动2位。
一、原子核的衰变
思考4：在β衰变中，新核的质量数与原来核的质量数有什么关系？相对于原来的核在周期表中的位置，新核在周期表中的位置应该前移还是后移？要移动几位？
β衰变的通式：
每发生一次β衰变，新核的质量数不改变，电荷数要增加1，即原子序数增加1，这样新核在周期表中的位置要向后移动1位。
一、原子核的衰变
思考、讨论：
(1)原子核是由哪两部分粒子组成的
(2)原子核内有没有单独存在的α粒子和电子？
(3)衰变产生的α粒子和电子是怎么产生的？
一、原子核的衰变
4. 衰变的本质：
α 粒子
γ 光子
α衰变：原子核内的2个质子和2个中子结合成一个整体(α粒子)从核中抛射出来。
β衰变：原子核内的1个中子转化成1个质子和一个电子。
4. 衰变的本质：
课堂小练：
1、写出下列放射性元素的α衰变方程：
（1）钍核 （2）铜核
2、写出下列放射性元素的β衰变方程：
（1）铋核 （2）钋核
说明：1. 中间用单箭头，不用等号；
2. 质量数守恒，电荷数守恒;
3. 方程及生成物要以实验为基础.
例3： 核经一系列的衰变后变为 核，问：
(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？
(2) 与 相比，质子数和中子数各少了多少？
(3)综合写出这一衰变过程的方程。
本题中，U核的质子数=92，中子数=238-92=146；Pb核的质子数=82，中子数=206-82=124。所以Pb核的质子数少10，中子数少22。
238=206+4x
92=82+2x-y
x=8，y=6
对点训练
BD　
【2021·全国甲卷】 如图-所示,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为(　　)
A.6
B.8
C.10
D.14
A
m/m0
t /天
3.8
1/2
2×3.8
1/4
3×3.8
1/8
1/16
4×3.8
…
…
观察思考：
①放射性元素衰变的快慢有规律吗？可以用什么物理量来定量描述？
②根据氡的衰变，如何用公式表示剩余质量与衰变时间之间的关系？
放射性元素氡的剩余质量与原有质量的比值随时间的变化关系图
每经过3.8天氡222的剩余质量就是原来的一半
二、半衰期
若放射性元素原来的质量为m0 、原子数为N0 ；剩余的质量m，剩余的原子数为N，半衰期为 ，半衰期个数为n，经过时间t，则：
剩余的质量为：
剩余的个数为：
2.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量。
1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
不同的放射性元素其半衰期不同。
经过n个半衰期(T)其剩余的质量为：
3.公式：
质量与原子个数相对应，故经过n个半衰期后剩余的粒子数为：
二、半衰期
4. 注意：
①元素的半衰期由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处 的物理或化学状态无关。不同元素半衰期不同。
②半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。
二、半衰期
例4：2014年5月7日南京发生放射源铱－192丢失事件，铱－192化学符号是Ir，原子序数是77，半衰期为74天。铱－192通过β衰变放出γ射线，γ射线可以穿透10～100 mm厚的钢板。设衰变产生的新核用X表示，写出铱－192的衰变方程 ；若现有1 g铱－192，经过148天有 g铱－192发生衰变。
故有0.75g发生了衰变
例5:如图所示，两个相切的圆表示一个静止原子核发生某种衰变后，放出的带电粒子和反冲核在匀强磁场中的运动轨迹，可能是（ ）
A.原子核发生了α衰变；
B.原子核发生了β衰变
C.大圆为粒子轨迹；
D.小圆为粒子轨迹；
由动量守恒知，新核与粒子动量大小相等，速度反向。由洛伦兹力充当向心力可知：α衰变外切圆，β衰变内切圆。
AC
大圆为粒子轨迹
【菜鸟进击—】在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图2所示)，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝44∶1。求：
(1)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)
(2)这个原子核原来所含的质子数是多少？
圆轨道1
设有一个质量为M0的原子核，原来处于静止状态。当发生一次α(或β)衰变后，释放的粒子的质量为m，速度为v1，产生的反冲核的质量为M，速度为V2 ．
1．动量守恒关系：0＝mv1＋MV2或mv1＝－MV2
2．在磁场中径迹的特点
α衰变和β衰变在磁场中的轨迹分析
1．(原子核的组成)以下说法正确的是(　　)
A. 为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234
B. 为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4
C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数
D
例2.(多选)A、B是两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，运动方向都与磁场方向垂直。图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是 (　 　)
A．磁场方向一定为垂直纸面向里
B．A放出的是α粒子，B放出的是β粒子
C．b为α粒子运动轨迹，c为β粒子运动轨迹
D．a轨迹中粒子比b轨迹中的粒子动量大
BC　
2．(对衰变的理解)(多选)天然放射性元素 经过一系列α衰变和β衰变之后，变成 。下列论断中正确的是(　　)
A．铅核比钍核少24个中子
B．铅核比钍核少8个质子
C．衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变
D．衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变
钍核：质子数90，中子数142
铅核：质子数82，中子数126
BD
232=208+4x
90=82+2x-y
4．(半衰期)(2018·江苏单科) 已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为(　　)
A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1
经过2T后，A还剩m/4，B还剩m/2，故选择B
B
1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或发生状态变化的过程。
3、规律：质量数和电荷数都守恒
2、条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。
⑴1919 年，卢瑟福发现质子的核反应。
⑵1932 年查德威克发现中子的核反应。
⑶1934 年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。
4、原子核人工转变的三大发现
三、核反应
1.射线测厚仪
利用γ射线的穿透特性
四、放射性同位素及其应用
2.放射治疗
利用γ射线高能量治疗癌症
四、放射性同位素及其应用
3.培优、保鲜
经照射 未经照射
培优育种
四、放射性同位素及其应用
4.示踪原子
四、放射性同位素及其应用
人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如，食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40，香烟中含有钋210，这些也是放射性同位素，不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。
五、辐射与安全
然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。因此，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。
五、辐射与安全
存在射线危险的地方，常能看到如图所示的标志。
五、辐射与安全
1．我国科研人员对“嫦娥五号”月球样品富铀矿物进行分析，确定月球直到 20亿年前仍存在岩浆活动。
已知铀的一种衰变方程为 ， 则（ ）
A．m=8，n=3
B．m=7，n=2
C．m=7，n=4
D．m=8，n=1
C
2．1898 年12 月居里夫妇发现了放射性比铀强百万倍的镭226，镭226 的半衰期为 1620年，镭226 衰变为氡222的方程 。下列说法正确的是（　　）
A．该衰变为α衰变
B．该衰变为β衰变
C．增加环境温度可以使镭226 的半衰期变为810年
D．经过3240年，100 个镭226 中将有75 个镭226 发生衰变
A

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