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(共57张PPT)
2　放射性元素的衰变规律
[课标引领]
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.知道衰变及两种衰变的规律,能熟练写出衰变方程。 2.掌握半衰期的概念及有关计算。 3.知道核反应及其遵从的规律,会正确书写核反应方程。 4.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。 5.了解放射性在生产和科学领域的应用,知道射线的危害及防护。 1.核心素养
知道衰变、半衰期及原子核衰变的规律,了解核反应及放射性同位素应用的基本观念和相关实验证据;通过学习科学家对放射性元素衰变的探究,学会观察和思考,提升科学探究的能力。
2.关键能力
理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法,掌握核反应方程的写法与放射性同位素的应用,培养分析、推理能力。
预学智测
·
科学思维
「情境探究」
知识点一　原子核的衰变
如图为α衰变、β衰变示意图。
探究:(1)当原子核发生α衰变时,原子核的质子数和中子数如何变化
答案:(1)发生一次α衰变,质子数减少2,中子数减少2。
(2)当发生β衰变时,新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少 新核在元素周期表中的位置怎样变化
答案: (2)发生一次β衰变,核电荷数增加1。新核在元素周期表中的位置向后移动一位。
(3)两种衰变的实质以及γ射线的产生原因是怎样的
答案:(3)α衰变是原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子,并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,产生α衰变。
β衰变是原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电子,即β粒子。
γ射线是放射性原子核发生α衰变、β衰变产生的新核从高能级向低能级跃迁时发出的γ光子。
1.思考判断
(1)原子核在衰变时,它在元素周期表中的位置不变。(　 　)
(2)β衰变是原子核中的电子发射到核外。(　 　)
(3)γ射线经常伴随α射线和β射线产生。(　 　)
×
×
√
「科学思维」
A.电子 B.质子
C.中子 D.α粒子
解析:根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为0,电荷数为-1,是电子,故选A。
A
知识点二　半衰期
「情境探究」
如图为氡衰变剩余质量与原有质量比值示意图。纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t=0时的质量m0的比值。
探究:(1)每经过一个半衰期,氡原子核的质量变为原来的多少
(2)从图中可以看出,经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少
(3)对于某个或选定的几个氡原子核,能根据其半衰期预测衰变时间吗
答案:(3)不能,半衰期是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律,故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间。
1.思考判断
(1)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间,经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。(　 　)
(2)根据半衰期的计算,我们可以知道一个特定的原子核何时发生衰变。
(　 　)
(3)半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关。(　 　)
「科学思维」
×
×
√
2.下列关于放射性元素半衰期的说法正确的是(　 　)
A.半衰期越长对环境的影响时间越长
B.通过化学方法可以改变放射性元素的半衰期
C.通过物理方法可以改变放射性元素的半衰期
D.100个放射性元素原子核经过一个半衰期后剩余50个未衰变的原子核
A
解析:半衰期越长的放射性元素衰变的速度越慢,对环境的影响时间越长,A正确;半衰期是由放射性元素的性质决定的,与物理状态和化学状态无关,B、C错误;半衰期具有统计规律,对大量原子核适用,对少数原子核不适用,D错误。
知识点三　核反应
「情境探究」
如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。
探究:(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光,而充入氮气后荧光屏上看到了闪光,说明了什么问题
答案:(1)充入氮气后,产生了新粒子。
(2)原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律
答案:(2)质量数与电荷数都守恒,动量守恒。
(3)如何实现原子核的人工转变
答案:(3)人为地用α粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核,可以实现原子核的人工转变。
1.思考判断
(1)核反应方程式是可逆的。(　 　)
(2)核反应前后质量数守恒、电荷数守恒。(　 　)
「科学思维」
×
√
D
知识点四　放射性同位素及其应用辐射与安全
「思考讨论」
1.什么是放射性同位素
2.人工放射性同位素的优点有哪些
3.放射性同位素有哪些应用
答案:略
「科学思维」
1.思考判断
(1)利用γ射线照射种子,有可能培育出优良品种。(　 　)
(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌,抑制蔬菜发芽,延长保存期。(　 　)
(3)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用。(　 　)
(4)过量的射线对人体有破坏作用。(　 　)
√
√
×
√
2.以下关于放射性元素产生的射线应用的说法,错误的是(　 　)
A.经过射线照射的蔬菜可以保存更长时间
B.利用γ射线的穿透性强的特点,可以用它为人体探伤
C.α射线可以用来消除有害的静电
D.γ射线可以培育新的优良作物品种
B
解析:射线可以有效杀灭蔬菜中的微生物,经过射线照射的蔬菜可以保存更长时间,故A不符合题意;γ射线会造成电离辐射,对人体有巨大伤害,不可以用它为人体探伤,故B符合题意;α射线有很强的电离作用,可以用来消除有害的静电,故C不符合题意;可以用γ射线处理种子,诱发其变异,培育出新品种,故D不符合题意。
探究重点
·
深化学习
要点一　对原子核衰变的理解
1.衰变实质
2.确定原子核衰变次数的方法与技巧
(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。
[例1] 关于放射性元素的衰变,以下说法正确的是(　 　)
A.原子核发生α衰变所释放的射线中一定有高速运动的电子
B.原子核发生β衰变所释放的射线中一定有高速运动的氦原子核
D
衰变次数的判断方法
(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
(2)每发生一次α衰变,质子数、中子数均减少2。
(3)每发生一次β衰变,中子数减少1,质子数增加1。
名师点拨
[针对训练1] 自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的递次衰变,又称为放射系或衰变链。每个放射系都有一个半衰期很长的始祖核素,经过若干次连续衰变,直至生成一个稳定核素。如图所示,横坐标为质子数,纵坐标为中子数。下列判断正确的是(　 　)
A.该图中的始祖元素质量数为228
D
C.衰变全过程最终生成稳定核素,共有四种不同的衰变路径
D.衰变全过程最终生成稳定核素,共发生了6次α衰变,4次β衰变
要点二　对半衰期的理解与应用
1.对半衰期的理解:半衰期表示放射性元素衰变的快慢。
3.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,对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。
B
解析:半衰期是大量放射性原子核衰变的统计规律,对个别的原子核没有意义,故A错误,B正确;半衰期由放射性元素的原子核本身决定,跟原子核所处的物理或化学状态无关,故C、D错误。
有关半衰期的两点提醒
(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,而不是样本质量减少一半的时间。
名师点拨
[针对训练2] 对于质量为m0的放射性元素p,经过时间t后剩余p的质量为m,其图线如图所示,从图中可以得到p的半衰期为(　 　)
A.0.6 d B.2.2 d C.3.0 d D.3.6 d
C
要点三　核反应
1.核反应的条件
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。
2.核反应的实质
用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。
3.核反应三大发现
4.核反应与衰变的比较
(1)不同点:核反应是其他粒子与原子核相碰撞的结果,需要一定的装置和条件才能发生,而衰变是原子核的自发变化,它不受物理和化学条件的影响。
(2)相同点:核反应与衰变过程一样,在发生过程中质量数与电荷数都守恒,反应前后粒子总动量守恒。
[例3] 下列核反应中放出的粒子为中子的是(　 　)
B
关于核反应的两点提醒
(1)核反应过程一般都是不可逆的,核反应方程不能用等号连接,只能用单向箭头表示反应方向。
(2)核反应方程应以实验事实为基础,不能凭空杜撰。
名师点拨
要点四　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。
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。
3.放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线。
①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
②农业应用——利用γ射线使种子的遗传基因发生变异。
③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。
[例4] 某校学生在进行社会综合实践活动时,收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见表格),并总结出它们的几种用途。根据表格请你分析判断下面结论正确的是(　 　)
同位素 放射线 半衰期 同位素 放射线 半衰期
钋210 α 138天 锝99 γ 6小时
镅241 β 433天 钴60 γ 5年
锶90 β 28年 氡 α 3.8天
A.塑料公司生产聚乙烯薄膜,方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄,利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀
B.钴60的半衰期为5年,若取4个钴60原子核,经10年后就一定剩下一个原子核
C.把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中,放射性元素的半衰期变短
D.锝99可以作为示踪原子,用来诊断人体内的器官是否正常
D
解析:因为α射线不能穿透薄膜,无法测量薄膜的厚度,故A错误;钴60的半衰期为5年是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间,对少量原子核无意义,故B错误;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无关,故C错误;检查时,要在人体外探测到体内辐射出来的射线,而又不能让放射性物质长期留在体内,所以应选取锝99作为示踪原子,故D正确。
放射性同位素的应用技巧
(1)用射线来测量厚度,一般不选取α射线是因为其穿透能力太差,更多的是选取γ射线,也有部分选取 β射线的。
(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线。
(3)使用放射线时安全是第一位的。
名师点拨
[针对训练3] 关于放射性同位素的应用,下列说法正确的是(　 　)
A.放射线改变了布料的性质,使其不再因摩擦而产生静电,因此达到消除有害静电的目的
B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,也能进行人体的透视
C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生突变,其结果一定是使其成为更优良的品种
D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成太大的伤害
D
解析:利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性,使空气分子电离成为导体,将静电导出。γ射线对人体细胞伤害太大,不能用来进行人体透视。作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的,需要经过筛选才能培育出优良品种。用γ射线治疗肿瘤时要科学地严格控制剂量。故选D。
要点五　α衰变、β衰变在磁场中的轨迹分析
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v,产生的反冲核的质量为M,速度为u。
1.动量守恒关系:0=mv+Mu或mv=-Mu。
2.在磁场中轨迹的特点:当粒子和反冲核垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场时,将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,且轨迹如图所示。
(3)轨迹的特点:粒子的轨迹半径大,反冲核的轨迹半径小。α粒子与反冲核带同种电荷,两轨迹外切;β粒子与反冲核带异种电荷,两轨迹内切;γ射线的轨迹是与反冲核的轨迹相切的直线。
B
A.图乙是衰变后的新原子核和α粒子在磁场中的运动轨迹
B.发生衰变时新原子核和α粒子组成的系统动量守恒
C.新原子核和α粒子在磁场中运动轨迹的半径之比为44∶1
D.新原子核和α粒子在磁场中做圆周运动的周期之比为44∶57
[针对训练4] 在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,衰变过程动量守恒,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片,如图所示。已知两个相切圆半径分别为r1、r2,则下列说法正确的是(　 　)
A.该原子核可能发生α衰变,也可能发生β衰变
B.该原子核衰变后发射的粒子可能带正电,也可能带负电
C
解析:原子核衰变过程动量守恒,由动量守恒定律可知,由于衰变放射出两粒子的动量方向相反,粒子的速度方向相反,由左手定则可知,若生成的两粒子电性相反,则在磁场中的轨迹为内切圆,若生成的两粒子电性相同,则在磁场中的轨迹为外切圆,所以为电性相同的粒子,即可能发生α衰变,但不是β衰变,该原子核衰变后发射的粒子可能带正电,不可能带负电,A、B错误;原子核衰变过程动量守恒,由于原子核原来静止,初动量是零,则衰变放射出两粒子的动量大小相等,方向相反,粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供
向心力,
感谢观看2　放射性元素的衰变规律
素养测练
基础巩固练
考点一　对原子核衰变的理解
1.下列核反应方程中,属于β衰变的是(　A　)
AThPae
BUThHe
CNHeOH
DHHHen
解析:根据质量数守恒和电荷数守恒可知,A生成的是电子,故A为β衰变;B生成的是α粒子,故B为α衰变;C、D中未生成电子,一定不是β衰变,故A正确,B、C、D错误。
2.镎237Np)是不稳定的,它经过一系列α衰变、β衰变后变成铋209Bi),这些衰变是(　A　)
A.7次α衰变和4次β衰变
B.4次α衰变和4次β衰变
C.7次α衰变和5次β衰变
D.6次α衰变和4次β衰变
解析:假设需经过x次α衰变,y次β衰变,根据电荷数和质量数守恒有93=2x-y+83,237=4x+209,解得x=7,y=4,故A正确。
考点二　对半衰期的理解与应用
3.某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变,该元素的半衰期是(　A　)
A.3.8天 B.5.7天
C.7.6天 D.11.4天
解析:根据半衰期与质量变化的公式m=m0(),有的原子核发生了衰变,剩下,所以有m0=m0(),t=3T=11.4天,T=3.8天,即该元素的半衰期为3.8天。选项A正确。
4.宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子,中子与大气中的氮14会产生以下核反应:N+CH,产生的C能自发进行β衰变,其半衰期为5 730年,利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是(　D　)
A.C发生β衰变的产物是N
B.β衰变辐射出的电子来自碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应,引起C的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的C含量为活体植物的,则该古木距今约为11 460年
解析:根据CNe,即C发生β衰变的产物是N,选项A错误;β衰变辐射出的电子来自原子核内的中子转化为质子时放出的电子,选项B错误;半衰期与外界环境无关,选项C错误;若测得一古木样品的C含量为活体植物的,可知经过了2个半衰期,则该古木距今约为5 730×2年=11 460年,选项D正确。
考点三　核反应
5.(湖北卷)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一BnXY是该疗法中一种核反应的方程,其中X、Y代表两种不同的原子核,则(　B　)
A.a=7,b=1 B.a=7,b=2
C.a=6,b=1 D.a=6,b=2
解析:根据核反应方程式质量数守恒和电荷数守恒可得10+1=a+4,5+0=3+b,解得a=7,b=2,故选B。
6.在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子,分别填在下列核反应式的横线上。
(1UTh+　　　　;
(2BeHeC+　　　　;
(3ThPa+　　　　;
(4PSi+　　　　;
(5NHeO+　　　　。
解析:在核反应过程中,遵循电荷数守恒、质量数守恒规律。对参与反应的所有基本粒子采用左下角(电荷数)配平,左上角(质量数)配平。未知粒子可根据其电荷数和质量数确定。(1)中未知粒子的电荷数为92-90=2,质量数为238-234=4,由此可知为α粒子He),同理确定其他粒子分别为中子n),电子e),正电子e),质子H)。
答案:(1He　(2n　(3e　(4e　(5H
考点四　放射性同位素的应用
7.(多选)下列关于放射性同位素的应用的一些说法正确的是(　BCD　)
A.利用放射性同位素消除静电是利用射线的穿透作用
B.利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C.利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D.在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子
解析:消除静电是利用放射性同位素的电离作用使空气导电,A错误;探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用放射性同位素的穿透作用和射线可使DNA发生变异,B、C正确;研究农作物对肥料的吸收是利用放射性同位素作示踪原子,D正确。
考点五　α衰变、β衰变在磁场中的轨迹分析
8.在匀强磁场中,有一个原来静止的C原子核发生衰变,它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相内切的圆,两圆的直径之比为7∶1,那么C的衰变方程为(　B　)
ACeB BCeN
CCHB DCHeBe
解析:静止的放射性原子核发生衰变放出粒子后,由动量守恒定律可知,新核的速度与粒子速度方向相反,由题意可知放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同,根据左手定则判断出粒子与新核的电性相反,则为β衰变。在磁场中,根据洛伦兹力提供向心力,有qvB=m,解得r=,因粒子和新核的动量大小相等,可由半径之比为 7∶1确定电荷量之比为1∶7,即可根据电荷数守恒及质量数守恒得出核反应方程式为B。
能力提升练
9.(多选)锝99m(Tc99m,m代表亚稳态同位素)是目前最广泛使用的核医药物,可用于甲状腺、骨骼、心肌、脑部等扫描检查。如图所示,铀核分裂得到的钼99(Mo99)衰变成锝99m,其过程为 Tc+X+(为不带电荷且质量非常小或近乎为零的反微中子),接着将锝99m取出,并由注射或口服等方法送入人体内,在特定器官或组织发生衰变,其过程为TcTc+γ,释放出γ射线作为医学检测分析的信号。下列有关此核医药物的叙述正确的是(　AB　)
A.Tc和Tc两者具有相同的化学性质
B.Mo99衰变成Tc99m过程中产生的X是电子
C.Tc99m衰变的半衰期越长,医学检测分析效果越明显
D.γ射线为核外电子从高能级向低能级跃迁时放射的光子
解析Tc和Tc两者互为同位素,因此其化学性质相同,故A正确;由衰变方程 MoTc+X+,根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒,可知其衰变产物X是电子,故B正确;Tc-99m衰变的半衰期越长,其衰变产生的γ射线就越微弱,因此医学检测分析效果越不明显,故C错误;该衰变为β衰变,而β衰变是原子核内的中子生成质子的同时产生电子,并伴随有能量的产生,即γ射线的产生,因此γ射线为原子核内部所产生的,故D错误。
10.(绍兴期末)钠的放射性同位素Na经过一次衰变后产生稳定的镁Mg)。已知Na的半衰期为15 h,将一个放射强度为每秒3.2×104次的Na溶液样本注射到某病人血液中,45 h 后从该病人体内抽取6 mL的血液,测得其放射强度为每秒5次。下列说法正确的是(　D　)
A.该衰变过程为α衰变
BNa进入到血液后半衰期变长
C.45 h后样本放射强度变为原来的
D.该病人体内血液的总体积约为4.8 L
解析:衰变方程为NaMge,故该衰变过程为β衰变,A错误;半衰期不会因为物理状态、化学状态的改变而改变,B错误;45 h为三个半衰期,故45 h后样本放射强度变为原来的,C错误;45 h后样本放射强度变为3.2×104×()3=4×103,设该病人体内血液的总体积约为V,则有=,解得V=4.8 L,D正确。
11.PETCT常用核素氧15标记,其半衰期仅有2分钟,对含氧元素的物质照射20~50 MeV 的X射线,激发原子核边缘的中子,可以产生氧15正电子核素。下列说法正确的是(　A　)
A.用30 MeV的X射线照射氧16时,生成氧15的同时释放出中子
B.氧15发生正电子衰变时,生成的新核含有 9个中子
C.经过10分钟,氧15的质量减小为原来的
D.将氧15置于回旋加速器中,其半衰期可能发生变化
解析:用30 MeV的X射线照射氧16时,生成氧15 的同时释放出中子,核反应方程为X+OOn,故A正确;氧15发生正电子衰变,核反应方程为Oe+N,生成的新核有8个中子,故B错误;经过10分钟,即经过5个半衰期,剩余氧15的质量m=m0()5=
m0,故C错误;改变元素所处的物理环境和化学状态,元素的半衰期不改变,故D错误。
12.(多选)静止的重金属原子核Bi在磁感应强度为B的匀强磁场中发生衰变后,运动轨迹如图中的1、2所示。已知轨迹2对应粒子的动量为p,带电荷量为q,下列说法正确的是(　BD　)
A.新核X的运动轨迹对应大圆1
BBi发生的是α衰变
CBi发生的是β衰变
D.大、小圆对应的半径之差为
解析:静止的Bi在发生衰变的过程中动量守恒,新核X与He或e的动量等大反向,且新核X的电荷量大于He或e的电荷量,根据洛伦兹力提供向心力有qvB=,
p=mv,可得R=,可见新核X的半径小于He或e的半径,所以新核X带正电,对应小圆2,故A错误;由左手定则可知新核X沿逆时针方向运动,衰变瞬间其速度方向竖直向下,所以He或e衰变瞬间的速度方向竖直向上,且对应大圆1沿逆时针方向运动,由左手定则可知大圆1对应的粒子带正电,是He,所以Bi发生α衰变,故B正确,C错误;轨迹2对应粒子即新核X的动量为p,带电荷量为q,则He的动量为p,带电荷量为,所以大、小圆对应的半径之差为Rα-RX=-=,故D正确。2　放射性元素的衰变规律
[课标引领]
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.知道衰变及两种衰变的规律,能熟练写出衰变方程。 2.掌握半衰期的概念及有关计算。 3.知道核反应及其遵从的规律,会正确书写核反应方程。 4.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。 5.了解放射性在生产和科学领域的应用,知道射线的危害及防护。 1.核心素养 知道衰变、半衰期及原子核衰变的规律,了解核反应及放射性同位素应用的基本观念和相关实验证据;通过学习科学家对放射性元素衰变的探究,学会观察和思考,提升科学探究的能力。 2.关键能力 理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法,掌握核反应方程的写法与放射性同位素的应用,培养分析、推理能力。
知识点一　原子核的衰变
情境探究
如图为α衰变、β衰变示意图。
探究:(1)当原子核发生α衰变时,原子核的质子数和中子数如何变化
(2)当发生β衰变时,新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少 新核在元素周期表中的位置怎样变化
(3)两种衰变的实质以及γ射线的产生原因是怎样的
答案:(1)发生一次α衰变,质子数减少2,中子数减少2。
(2)发生一次β衰变,核电荷数增加1。新核在元素周期表中的位置向后移动一位。
(3)α衰变是原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子,并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,产生α衰变。
β衰变是原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电子,即β粒子。
γ射线是放射性原子核发生α衰变、β衰变产生的新核从高能级向低能级跃迁时发出的γ光子。
科学思维
1.思考判断
(1)原子核在衰变时,它在元素周期表中的位置不变。(　×　)
(2)β衰变是原子核中的电子发射到核外。(　×　)
(3)γ射线经常伴随α射线和β射线产生。(　√　)
2.在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时,常利用沉积物中半衰期较短的Pb,其衰变方程为Bi+X,X表示(　A　)
A.电子 B.质子
C.中子 D.α粒子
解析:根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为0,电荷数为-1,是电子,故选A。
知识点二　半衰期
情境探究
如图为氡衰变剩余质量与原有质量比值示意图。纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t=0时的质量m0的比值。
探究:(1)每经过一个半衰期,氡原子核的质量变为原来的多少
(2)从图中可以看出,经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少
(3)对于某个或选定的几个氡原子核,能根据其半衰期预测衰变时间吗
答案:(1)由示意图可看出,每经过一个半衰期,氡原子核的质量变为原来的。
(2)经过两个半衰期未衰变的原子核还有。
(3)不能,半衰期是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律,故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间。
科学思维
1.思考判断
(1)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间,经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。(　×　)
(2)根据半衰期的计算,我们可以知道一个特定的原子核何时发生衰变。(　×　)
(3)半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关。(　√　)
2.下列关于放射性元素半衰期的说法正确的是(　A　)
A.半衰期越长对环境的影响时间越长
B.通过化学方法可以改变放射性元素的半衰期
C.通过物理方法可以改变放射性元素的半衰期
D.100个放射性元素原子核经过一个半衰期后剩余50个未衰变的原子核
解析:半衰期越长的放射性元素衰变的速度越慢,对环境的影响时间越长,A正确;半衰期是由放射性元素的性质决定的,与物理状态和化学状态无关,B、C错误;半衰期具有统计规律,对大量原子核适用,对少数原子核不适用,D错误。
知识点三　核反应
情境探究
如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。
探究:(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光,而充入氮气后荧光屏上看到了闪光,说明了什么问题
(2)原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律
(3)如何实现原子核的人工转变
答案:(1)充入氮气后,产生了新粒子。
(2)质量数与电荷数都守恒,动量守恒。
(3)人为地用α粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核,可以实现原子核的人工转变。
科学思维
1.思考判断
(1)核反应方程式是可逆的。(　×　)
(2)核反应前后质量数守恒、电荷数守恒。(　√　)
2.(江苏卷)用粒子轰击氮核从原子核中打出了质子,该实验的核反应方程式是X+NO,粒子X为(　D　)
A.正电子e B.中子n
C.氘核H D.氦核He
解析:根据质量数守恒可知X的质量数为m=17+1-14=4,根据电荷数守恒可知X的电荷数为n=8+1-7=2,可知X为氦核He。
知识点四　放射性同位素及其应用辐射与安全
思考讨论
1.什么是放射性同位素
2.人工放射性同位素的优点有哪些
3.放射性同位素有哪些应用
答案:略
科学思维
1.思考判断
(1)利用γ射线照射种子,有可能培育出优良品种。(　√　)
(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌,抑制蔬菜发芽,延长保存期。(　√　)
(3)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用。(　×　)
(4)过量的射线对人体有破坏作用。(　√　)
2.以下关于放射性元素产生的射线应用的说法,错误的是(　B　)
A.经过射线照射的蔬菜可以保存更长时间
B.利用γ射线的穿透性强的特点,可以用它为人体探伤
C.α射线可以用来消除有害的静电
D.γ射线可以培育新的优良作物品种
解析:射线可以有效杀灭蔬菜中的微生物,经过射线照射的蔬菜可以保存更长时间,故A不符合题意;γ射线会造成电离辐射,对人体有巨大伤害,不可以用它为人体探伤,故B符合题意;α射线有很强的电离作用,可以用来消除有害的静电,故C不符合题意;可以用γ射线处理种子,诱发其变异,培育出新品种,故D不符合题意。
要点一　对原子核衰变的理解
1.衰变实质
(1)α衰变:原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子,并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,发生α衰变,n+HHe。
(2)β衰变:原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电子,即β粒子放射出来nHe。
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X经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素 Y,则衰变方程为Y+He+e。
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。
[例1] 关于放射性元素的衰变,以下说法正确的是(　D　)
A.原子核发生α衰变所释放的射线中一定有高速运动的电子
B.原子核发生β衰变所释放的射线中一定有高速运动的氦原子核
CU衰变成Rn经过了2次α衰变和4次β衰变
DU衰变成Rn经过了4次α衰变和2次β衰变
解析:原子核发生α衰变所释放的射线中一定有高速运动的氦原子核,原子核发生β衰变所释放的射线中一定有高速运动的电子,故A、B错误;设U衰变成Rn经过m次α衰变和n次β衰变,则根据电荷数守恒和质量数守恒可得238-4m=222,92-2m+n=86,解得m=4,n=2,故C错误,D正确。
衰变次数的判断方法
(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
(2)每发生一次α衰变,质子数、中子数均减少2。
(3)每发生一次β衰变,中子数减少1,质子数增加1。
[针对训练1] 自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的递次衰变,又称为放射系或衰变链。每个放射系都有一个半衰期很长的始祖核素,经过若干次连续衰变,直至生成一个稳定核素。如图所示,横坐标为质子数,纵坐标为中子数。下列判断正确的是(　D　)
A.该图中的始祖元素质量数为228
B.最终生成的稳定核素为Tl
C.衰变全过程最终生成稳定核素,共有四种不同的衰变路径
D.衰变全过程最终生成稳定核素,共发生了6次α衰变,4次β衰变
解析:始祖元素对应最上方的点,横坐标为核电荷数,纵坐标为中子数,可知质量数为232,故A错误;最终的稳定核素为Pb,是Tl继续衰变的产物,故B错误;从题图中可知有两种衰变路径,故C错误;横、纵坐标均减小2的路径对应α衰变,横坐标增加1、纵坐标减小1的路径对应β衰变,由题图中信息可知衰变全过程最终生成稳定核素,共发生了6次α衰变,4次β衰变,故D正确。
要点二　对半衰期的理解与应用
1.对半衰期的理解:半衰期表示放射性元素衰变的快慢。
2.半衰期公式:N余=N0(),m余=。式中N0、m0表示衰变前的原子数和质量,N余、
m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量,t表示衰变时间,T表示半衰期。
3.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,对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。
[例2] 氚是氢的一种放射性同位素,简写为H,氚核发生β衰变后变成另一种新原子核,氚的半衰期为 12.43年,下列关于氚核衰变说法正确的是(　B　)
A.经过12.43年,6个氚核还剩余3个没有衰变
B.经过12.43年,质量为m的氚核还剩余仍没有衰变
C.增加气体中氚的浓度可以缩短其半衰期
D.改变氚核存放环境可改变其半衰期
解析:半衰期是大量放射性原子核衰变的统计规律,对个别的原子核没有意义,故A错误,B正确;半衰期由放射性元素的原子核本身决定,跟原子核所处的物理或化学状态无关,故C、D错误。
有关半衰期的两点提醒
(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,而不是样本质量减少一半的时间。
(2)经过n个半衰期,剩余原子核N余=N总。
[针对训练2] 对于质量为m0的放射性元素p,经过时间t后剩余p的质量为m,其图线如图所示,从图中可以得到p的半衰期为(　C　)
A.0.6 d B.2.2 d C.3.0 d D.3.6 d
解析:由图像可知,放射性元素的质量从m0变为m0,刚好衰变了一半,经历的时间为一个半衰期,则有T=5.5 d-2.5 d=3.0 d,故选C。
要点三　核反应
1.核反应的条件
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。
2.核反应的实质
用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开,而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。
3.核反应三大发现
(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应:
NHeOH。
(2)1932年查德威克发现中子的核反应:
BeHeCn。
(3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应:
AlHePn;PSie。
4.核反应与衰变的比较
(1)不同点:核反应是其他粒子与原子核相碰撞的结果,需要一定的装置和条件才能发生,而衰变是原子核的自发变化,它不受物理和化学条件的影响。
(2)相同点:核反应与衰变过程一样,在发生过程中质量数与电荷数都守恒,反应前后粒子总动量守恒。
[例3] 下列核反应中放出的粒子为中子的是(　B　)
A.N俘获一个α粒子,产生O并放出一个粒子
BAl俘获一个α粒子,产生P并放出一个粒子
CB俘获一个质子,产生Be并放出一个粒子
DLi俘获一个质子,产生He并放出一个粒子
解析:根据质量数守恒及电荷数守恒,可得N俘获一个α粒子,产生O并放出一个粒子的核反应方程为HeOH,显然该粒子不为中子(n),故A错误Al俘获一个α粒子,产生P并放出一个粒子的核反应方程为Al+Hen,显然该粒子为中子,故B正确;B俘获一个质子,产生Be并放出一个粒子的核反应方程为BHHe,显然该粒子不为中子,故C错误Li俘获一个质子,产生He并放出一个粒子的核反应方程为 LiHHe,显然该粒子不为中子,故D错误。
关于核反应的两点提醒
(1)核反应过程一般都是不可逆的,核反应方程不能用等号连接,只能用单向箭头表示反应方向。
(2)核反应方程应以实验事实为基础,不能凭空杜撰。
要点四　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。
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。
3.放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线。
①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
②农业应用——利用γ射线使种子的遗传基因发生变异。
③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。
[例4] 某校学生在进行社会综合实践活动时,收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见表格),并总结出它们的几种用途。根据表格请你分析判断下面结论正确的是(　D　)
同位素 放射线 半衰期 同位素 放射线 半衰期
钋210 α 138天 锝99 γ 6小时
镅241 β 433天 钴60 γ 5年
锶90 β 28年 氡 α 3.8天
A.塑料公司生产聚乙烯薄膜,方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄,利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀
B.钴60的半衰期为5年,若取4个钴60原子核,经10年后就一定剩下一个原子核
C.把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中,放射性元素的半衰期变短
D.锝99可以作为示踪原子,用来诊断人体内的器官是否正常
解析:因为α射线不能穿透薄膜,无法测量薄膜的厚度,故A错误;钴60的半衰期为5年是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间,对少量原子核无意义,故B错误;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无关,故C错误;检查时,要在人体外探测到体内辐射出来的射线,而又不能让放射性物质长期留在体内,所以应选取锝99作为示踪原子,故D正确。
放射性同位素的应用技巧
(1)用射线来测量厚度,一般不选取α射线是因为其穿透能力太差,更多的是选取γ射线,也有部分选取 β射线的。
(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线。
(3)使用放射线时安全是第一位的。
[针对训练3] 关于放射性同位素的应用,下列说法正确的是(　D　)
A.放射线改变了布料的性质,使其不再因摩擦而产生静电,因此达到消除有害静电的目的
B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,也能进行人体的透视
C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生突变,其结果一定是使其成为更优良的品种
D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成太大的伤害
解析:利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性,使空气分子电离成为导体,将静电导出。γ射线对人体细胞伤害太大,不能用来进行人体透视。作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的,需要经过筛选才能培育出优良品种。用γ射线治疗肿瘤时要科学地严格控制剂量。故选D。
要点五　α衰变、β衰变在磁场中的轨迹分析
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v,产生的反冲核的质量为M,速度为u。
1.动量守恒关系:0=mv+Mu或mv=-Mu。
2.在磁场中轨迹的特点:当粒子和反冲核垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场时,将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,且轨迹如图所示。
(1)轨迹半径的大小:因为粒子与反冲核的动量大小相等,所以轨迹半径与电荷量成反比,即R=∝。当发生α衰变时:=。当发生β衰变时:=。如果测出轨迹的半径比,可以求出Z,从而判定是什么原子核发生了衰变。
(2)运行周期的长短:在同样的条件下,运行周期与粒子和反冲核的比荷成反比,即T=∝。
(3)轨迹的特点:粒子的轨迹半径大,反冲核的轨迹半径小。α粒子与反冲核带同种电荷,两轨迹外切;β粒子与反冲核带异种电荷,两轨迹内切;γ射线的轨迹是与反冲核的轨迹相切的直线。
[例5] Th(钍)原子核静止在匀强磁场中,当它发生α衰变时,下列说法正确的是(　B　)
A.图乙是衰变后的新原子核和α粒子在磁场中的运动轨迹
B.发生衰变时新原子核和α粒子组成的系统动量守恒
C.新原子核和α粒子在磁场中运动轨迹的半径之比为44∶1
D.新原子核和α粒子在磁场中做圆周运动的周期之比为44∶57
解析:根据题意可知核反应方程为ThHe,因为新原子核和α粒子都带正电,由左手定则可知,它们在磁场中的运动轨迹是外切圆,即题图甲运动轨迹,选项A错误;发生衰变时新原子核和α粒子组成的系统所受合力为零,则动量守恒,选项B正确;根据qvB=m,解得r==∝,则有===,选项C错误;根据T=∝,有==
=,选项D错误。
[针对训练4] 在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,衰变过程动量守恒,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片,如图所示。已知两个相切圆半径分别为r1、r2,则下列说法正确的是(　C　)
A.该原子核可能发生α衰变,也可能发生β衰变
B.该原子核衰变后发射的粒子可能带正电,也可能带负电
C.若衰变方程是UThHe,则r1∶r2=1∶45
D.若衰变方程是UThHe,则r1∶r2=2∶117
解析:原子核衰变过程动量守恒,由动量守恒定律可知,由于衰变放射出两粒子的动量方向相反,粒子的速度方向相反,由左手定则可知,若生成的两粒子电性相反,则在磁场中的轨迹为内切圆,若生成的两粒子电性相同,则在磁场中的轨迹为外切圆,所以为电性相同的粒子,即可能发生α衰变,但不是β衰变,该原子核衰变后发射的粒子可能带正电,不可能带负电,A、B错误;原子核衰变过程动量守恒,由于原子核原来静止,初动量是零,则衰变放射出两粒子的动量大小相等,方向相反,粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律可得qvB=m,解得 r==,由于p、B相同,则粒子的电荷量q越大,其轨道半径r越小,新核的电荷量比衰变粒子的电荷量大,所以新核的轨道半径小于衰变粒子的轨道半径,则有新核的轨道半径是r1,衰变粒子的轨道半径是r2,由原子核的衰变方程
UThHe,可知r1∶r2=2∶90=1∶45,C正确,D错误。
素养测练
基础巩固练
考点一　对原子核衰变的理解
1.下列核反应方程中,属于β衰变的是(　A　)
AThPae
BUThHe
CNHeOH
DHHHen
解析:根据质量数守恒和电荷数守恒可知,A生成的是电子,故A为β衰变;B生成的是α粒子,故B为α衰变;C、D中未生成电子,一定不是β衰变,故A正确,B、C、D错误。
2.镎237Np)是不稳定的,它经过一系列α衰变、β衰变后变成铋209Bi),这些衰变是(　A　)
A.7次α衰变和4次β衰变
B.4次α衰变和4次β衰变
C.7次α衰变和5次β衰变
D.6次α衰变和4次β衰变
解析:假设需经过x次α衰变,y次β衰变,根据电荷数和质量数守恒有93=2x-y+83,237=4x+209,解得x=7,y=4,故A正确。
考点二　对半衰期的理解与应用
3.某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变,该元素的半衰期是(　A　)
A.3.8天 B.5.7天
C.7.6天 D.11.4天
解析:根据半衰期与质量变化的公式m=m0(),有的原子核发生了衰变,剩下,所以有m0=m0(),t=3T=11.4天,T=3.8天,即该元素的半衰期为3.8天。选项A正确。
4.宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子,中子与大气中的氮14会产生以下核反应:N+CH,产生的C能自发进行β衰变,其半衰期为5 730年,利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是(　D　)
A.C发生β衰变的产物是N
B.β衰变辐射出的电子来自碳原子的核外电子
C.近年来由于地球的温室效应,引起C的半衰期发生微小变化
D.若测得一古木样品的C含量为活体植物的,则该古木距今约为11 460年
解析:根据CNe,即C发生β衰变的产物是N,选项A错误;β衰变辐射出的电子来自原子核内的中子转化为质子时放出的电子,选项B错误;半衰期与外界环境无关,选项C错误;若测得一古木样品的C含量为活体植物的,可知经过了2个半衰期,则该古木距今约为5 730×2年=11 460年,选项D正确。
考点三　核反应
5.(湖北卷)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一BnXY是该疗法中一种核反应的方程,其中X、Y代表两种不同的原子核,则(　B　)
A.a=7,b=1 B.a=7,b=2
C.a=6,b=1 D.a=6,b=2
解析:根据核反应方程式质量数守恒和电荷数守恒可得10+1=a+4,5+0=3+b,解得a=7,b=2,故选B。
6.在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子,分别填在下列核反应式的横线上。
(1UTh+　　　　;
(2BeHeC+　　　　;
(3ThPa+　　　　;
(4PSi+　　　　;
(5NHeO+　　　　。
解析:在核反应过程中,遵循电荷数守恒、质量数守恒规律。对参与反应的所有基本粒子采用左下角(电荷数)配平,左上角(质量数)配平。未知粒子可根据其电荷数和质量数确定。(1)中未知粒子的电荷数为92-90=2,质量数为238-234=4,由此可知为α粒子He),同理确定其他粒子分别为中子n),电子e),正电子e),质子H)。
答案:(1He　(2n　(3e　(4e　(5H
考点四　放射性同位素的应用
7.(多选)下列关于放射性同位素的应用的一些说法正确的是(　BCD　)
A.利用放射性同位素消除静电是利用射线的穿透作用
B.利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C.利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D.在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子
解析:消除静电是利用放射性同位素的电离作用使空气导电,A错误;探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用放射性同位素的穿透作用和射线可使DNA发生变异,B、C正确;研究农作物对肥料的吸收是利用放射性同位素作示踪原子,D正确。
考点五　α衰变、β衰变在磁场中的轨迹分析
8.在匀强磁场中,有一个原来静止的C原子核发生衰变,它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相内切的圆,两圆的直径之比为7∶1,那么C的衰变方程为(　B　)
ACeB BCeN
CCHB DCHeBe
解析:静止的放射性原子核发生衰变放出粒子后,由动量守恒定律可知,新核的速度与粒子速度方向相反,由题意可知放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同,根据左手定则判断出粒子与新核的电性相反,则为β衰变。在磁场中,根据洛伦兹力提供向心力,有qvB=m,解得r=,因粒子和新核的动量大小相等,可由半径之比为 7∶1确定电荷量之比为1∶7,即可根据电荷数守恒及质量数守恒得出核反应方程式为B。
能力提升练
9.(多选)锝99m(Tc99m,m代表亚稳态同位素)是目前最广泛使用的核医药物,可用于甲状腺、骨骼、心肌、脑部等扫描检查。如图所示,铀核分裂得到的钼99(Mo99)衰变成锝99m,其过程为 Tc+X+(为不带电荷且质量非常小或近乎为零的反微中子),接着将锝99m取出,并由注射或口服等方法送入人体内,在特定器官或组织发生衰变,其过程为TcTc+γ,释放出γ射线作为医学检测分析的信号。下列有关此核医药物的叙述正确的是(　AB　)
A.Tc和Tc两者具有相同的化学性质
B.Mo99衰变成Tc99m过程中产生的X是电子
C.Tc99m衰变的半衰期越长,医学检测分析效果越明显
D.γ射线为核外电子从高能级向低能级跃迁时放射的光子
解析Tc和Tc两者互为同位素,因此其化学性质相同,故A正确;由衰变方程 MoTc+X+,根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒,可知其衰变产物X是电子,故B正确;Tc-99m衰变的半衰期越长,其衰变产生的γ射线就越微弱,因此医学检测分析效果越不明显,故C错误;该衰变为β衰变,而β衰变是原子核内的中子生成质子的同时产生电子,并伴随有能量的产生,即γ射线的产生,因此γ射线为原子核内部所产生的,故D错误。
10.(绍兴期末)钠的放射性同位素Na经过一次衰变后产生稳定的镁Mg)。已知Na的半衰期为15 h,将一个放射强度为每秒3.2×104次的Na溶液样本注射到某病人血液中,45 h 后从该病人体内抽取6 mL的血液,测得其放射强度为每秒5次。下列说法正确的是(　D　)
A.该衰变过程为α衰变
BNa进入到血液后半衰期变长
C.45 h后样本放射强度变为原来的
D.该病人体内血液的总体积约为4.8 L
解析:衰变方程为NaMge,故该衰变过程为β衰变,A错误;半衰期不会因为物理状态、化学状态的改变而改变,B错误;45 h为三个半衰期,故45 h后样本放射强度变为原来的,C错误;45 h后样本放射强度变为3.2×104×()3=4×103,设该病人体内血液的总体积约为V,则有=,解得V=4.8 L,D正确。
11.PETCT常用核素氧15标记,其半衰期仅有2分钟,对含氧元素的物质照射20~50 MeV 的X射线,激发原子核边缘的中子,可以产生氧15正电子核素。下列说法正确的是(　A　)
A.用30 MeV的X射线照射氧16时,生成氧15的同时释放出中子
B.氧15发生正电子衰变时,生成的新核含有 9个中子
C.经过10分钟,氧15的质量减小为原来的
D.将氧15置于回旋加速器中,其半衰期可能发生变化
解析:用30 MeV的X射线照射氧16时,生成氧15 的同时释放出中子,核反应方程为X+OOn,故A正确;氧15发生正电子衰变,核反应方程为Oe+N,生成的新核有8个中子,故B错误;经过10分钟,即经过5个半衰期,剩余氧15的质量m=m0()5=
m0,故C错误;改变元素所处的物理环境和化学状态,元素的半衰期不改变,故D错误。
12.(多选)静止的重金属原子核Bi在磁感应强度为B的匀强磁场中发生衰变后,运动轨迹如图中的1、2所示。已知轨迹2对应粒子的动量为p,带电荷量为q,下列说法正确的是(　BD　)
A.新核X的运动轨迹对应大圆1
BBi发生的是α衰变
CBi发生的是β衰变
D.大、小圆对应的半径之差为
解析:静止的Bi在发生衰变的过程中动量守恒,新核X与He或e的动量等大反向,且新核X的电荷量大于He或e的电荷量,根据洛伦兹力提供向心力有qvB=,
p=mv,可得R=,可见新核X的半径小于He或e的半径,所以新核X带正电,对应小圆2,故A错误;由左手定则可知新核X沿逆时针方向运动,衰变瞬间其速度方向竖直向下,所以He或e衰变瞬间的速度方向竖直向上,且对应大圆1沿逆时针方向运动,由左手定则可知大圆1对应的粒子带正电,是He,所以Bi发生α衰变,故B正确,C错误;轨迹2对应粒子即新核X的动量为p,带电荷量为q,则He的动量为p,带电荷量为,所以大、小圆对应的半径之差为Rα-RX=-=,故D正确。

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