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5.2　原子核衰变及半衰期
1.知道原子核的衰变。
2.知道两种衰变的规律，能够熟练写出衰变方程。
3.会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义。
学习目标
1.原子核的衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。
2.种类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变，如→＋
一、原子核的衰变
α衰变是如何发生的？
事实表明，2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起，因此在一定的条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，即发生了 衰变。
(2)β衰变：放出β粒子的衰变，如→＋＋
式中， 为反中微子，不带电，静止质量几乎为0。
原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？
实质是原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原子核的质量数
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
→＋
放射性原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。
原子核衰变的理解
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 →＋ → ＋
衰变实质 2个质子和2个中子结合成氦核2+ 2→ 1个中子转化为1个质子和1个电子→＋
典型方程 →＋ →＋
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 2.确定原子核衰变次数的方法与技巧
(1)方法：设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则衰变方程为：→ ＋n＋m。
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。
以上两式联立解得：n＝，m＝ ＋Z′－Z 。
由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。
(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。
1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
2.特点
(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。
(2)放射性元素衰变的快慢是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。
3.适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于少数原子核的衰变。
二、半衰期
4．常用公式：n＝N，m＝M
式中N、M表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n、m表示尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期。
5．规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关。
6．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结。
的衰变曲线
经过α衰变成为
每过3.8天就有一半的发生了衰变
经过第一个3.8天，剩有一半的
经过第二个3.8天，剩有的
再经过3.8天，剩有的……
纵坐标表示的是任意时刻的质量m与t=0时的质量m0的比值
1.放射性同位素的应用
(1)放射性同位素的分类
可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素。
(2)人工放射性同位素的优点
①放射强度容易控制。
②可以制成各种所需的形状。
③半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理。因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素。
三、放射性的应用
(3)放射性同位素的主要应用
①利用它的射线。
a.工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；
b.农业应用——利用γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；
c.医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
②作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。
污染与防护 举例与措施 说明
污染 核爆炸 核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线和中子流，长期存放射性污染
核泄漏 核工业生产和核科学研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就会造成严重污染
医疗 照射 医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人死亡
四、放射性的污染和防护
污染与防护 举例与措施 说明
防护 密封 防护 把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊方法覆盖，以防止射线泄漏
距离 防护 距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受到的危害就越轻
时间 防护 尽量减少受辐射的时间
屏蔽 防护 在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用，铅的屏蔽作用最好
1.(多选)原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线。这些射线共有三种：α射线、β射线和γ射线。下列说法中正确的是(　　)
A．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少2
B．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4
C．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1
D．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1
随堂检测
解析：发生一次α衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次β衰变，核电荷数、原子序数增加1，故A、D正确。
答案：AD
2.写出（钍核）与（铜核）两种放射性元素的α衰变方程。（铀核）衰变为（氡核）要经过几次α衰变，几次β衰变？
解析：钍核的α衰变方程 ＋
铜核的衰变方程为 ＋
（铀核）衰变为（氡核），质量数减少16，电荷数减少6，根据质量数守恒可得α衰变次数为4
根据电荷数守恒可得β衰变次数2
答案： ＋ ＋
4次α衰变，2次β衰变
3.新发现的一种放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期为8天，X2O与F发生化学反应2X2O＋2F2===4XF＋O2之后，XF的半衰期为(　　)
A．2天　
B．4天
C．8天
D．16天
解析：放射性元素的衰变快慢由原子核内部的自身因素决定，与原子的化学状态无关，故半衰期仍为8天，A、B、D错误，C正确。
答案：C

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