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第五章 原子核
5.2 放射性元素的衰变
目
录
CONTENTS
1 学习目标
2 新课导入
3 新课讲解
4 课堂小结
5 典例分析
当堂小练
6
1．知道放射现象的实质是原子核的衰变。
2．知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律。
3．理解半衰期的概念。
4．了解放射性同位素及其应用。
5．了解核辐射与防护方法。
学习目标
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。那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。
新课导入
天然放射现象中原子核自发地放出 α 射线或 β 射线，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。
原子核自发地放出 α粒子或 β粒子而转变为新核的现象。
1、衰变：
新课讲解
一、原子核的衰变
⑴α衰变：
2、衰变的种类
原子核自发放出α粒子而转变为新核的过程叫α衰变。
原子核放出一个α 粒子（ ），质量数减少4，电荷数减少2，就成了一个新原子核的过程 。
比如铀238核放出一个α 粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，就变成了钍234核。
在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
衰变方程：
在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移还是向后移？要移动几位？你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？
α衰变的一般方程：
在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
发生一次α衰变，困为原子序数减小2，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移2位。
α衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。
⑵β衰变：
2、衰变的种类
原子核自发放出β粒子而转变为新核的过程叫β衰变。
原子核放出一个β 粒子（ ），质量数不变，电荷数增加1，就成了一个新原子核的过程 。
比如 发生α衰变后产生的 也具有放射性，它放出一个β 粒子后质量数没有改变，但电荷数增加了1 ，就变成镤 。
发生β衰变时，除了产生电子 外，还产生反电子中微子 。由于 的质量数和电荷数都是0，所以在中学教科书中一般都不写出。
“电荷数之和”指代数和，因为发生β衰变时，电子的电荷数是－1。
在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？
β衰变的一般方程：
β衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。
研究发现， β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子。
β衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
发生一次β衰变，困为原子序数增加1，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向后移1位。
β衰变的本质
放射性的原子核在发生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。γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。
事实表明，两个中子和两个质子能十分紧密地结合在一起，因此，在一定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α衰变。
原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此，也存在着能级，同样是能级越低越稳定。
当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。
α衰变的本质
γ衰变的本质
α、β、γ三种射线同时出现
二、半衰期
11.4
7.6
3.8
1/2
1/4
1/8
m/m0
t /天
0
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。
氡的衰变
m/m0
t /天
3.8
1/2
2×3.8
1/4
3×3.8
1/8
1/16
4×3.8
…
…
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：
⑴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。
⑵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。
三、核反应
1、定义：
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。
2、原子核人工转变的三大发现
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。
在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。
I·约里奥·居里，1900～1958
F·约里奥·居里，1897～1956
法国科学家。是P·居里和M·居里的女儿和女婿.由于发现人工放射性而获得1935年诺贝尔化学奖.
四、放射性同位素及其应用
很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。
1、放射性同位素的分类
⑴天然放射性同位素。
⑵人工放射性同位素。
2、人工放射性同位素的优势
⑴放射强度容易控制。
⑵半衰期短，废料易处理。
不过40多种
已达1000多种
3、放射性同位素及其应用
⑴射线测厚仪
⑵放射治疗
⑶培优、保鲜
⑷示踪原子
五、辐射与安全
核反应堆外层用厚厚的水泥来防止泄露
核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里.
生活中尽量远离放射源.
C-14（“碳钟”）年代测定法，又称放射性碳定年法，就是根据C-14衰变的程度来判定古生物体的年代，该项研究获得1960年诺贝尔化学奖。
要推断一块古木的年代，可以先把古木加温，制取1g碳的样品，再用粒子计数器进行测量。如果测得样品每分钟衰变的次数正好是现代植物所制样品的一半，表明这块古木经过了14C的一个半衰期，即5730年，如果测得每分钟衰变的次数是其他值，也可以根据半衰期计算出古木的年代。
稳定
14C 半衰期 τ =5730 年
【碳14测年技术】
4、放射性同位素及其应用
3、核反应
5、辐射与安全
1、原子核的衰变
⑵衰变原则：
质量数守恒，电荷数守恒。
⑴原子核的衰变
衰变:
β衰变:
γ射线:伴随 射线或 射线产生
2、半衰期
⑶三种衰变
课堂小结
【例题1】关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　）
A.天然放射现象表明原子内部有一定结构
B.升高温度可以改变原子核衰变的半衰期
C.β射线是原子核外的电子形成的电子流
D.三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小
解析：
D
天然放射现象表明原子核内部有一定结构，故A错误；原子核衰变的半衰期由自身结构决定，与物理条件和化学状态无关，故升高温度不能改变原子核衰变的半衰期，故B错误；发生一次β衰变，实际是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，这个电子被抛射出来，故C错误；三种射线中γ射线是不带电的光子，穿透能力最强，电离作用最小，故D正确。
典例分析
解析：
解析：
BD
【例题3】(多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算.测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化的规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由此可以判断下列选项正确的是（ ）
A.铀238的半衰期为90亿年
B.地球的年龄大约为45亿年
C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4
D.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3
【例题3】(多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算.测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化的规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由此可以判断下列选项正确的是（ BD ）
A.铀238的半衰期为90亿年
B.地球的年龄大约为45亿年
C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数
之比约为1∶4
D.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3
1.某原子研究实验室发生放射性同位素泄漏事故。已知该元素的半衰期为3天，总放射量为人体最大允许量的8倍，则研究人员至少需等待几天后才能进入该实验室（　　）
A．3天 B．6天 C．9天 D．24天
当堂小练
解析：设放射性同位素的总量为N，则人体最大允许量为 ，半衰期为T=3天，由半衰期公式可知
故当 时，可得
故有
即研究人员至少需等待9天后才能进入该实验室。
故选C。
答案：C
2． Se发生β衰变成为 ，假设含 Se材料中发生β衰变产生的电子可以全部定向移动形成5.0×10-8A的平均电流，已知电子的电荷量为1.6×10-19C，则在3.2s时间内发生β衰变的 Se的个数为（　　）
A．1×1011个 B．2×1011个
C．5×1011个 D．1×1012个
解析：在3.2s时间内的电量为
发生衰变会产生2个电子。故发生β衰变的 个数为
故选C。
答案：C
3. 关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　）
A．天然放射现象表明原子内部有一定结构
B．升高温度可以改变原子核衰变的半衰期
C．β射线是原子核外的电子形成的电子流
D．三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小
解析：A．天然放射现象表明原子核内部有一定结构，故A错误；
B．原子核衰变的半衰期由自身结构决定，与物理条件和化学状态无关，故升高温度可以不能改变原子核衰变的半衰期，故B错误；
C．发生一次β衰变，实际是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，这个电子被抛射出来，故C错误；
D．三种射线中γ射线是不带电的光子，则穿透能力最强，电离作用最小，故D正确；
故选D。
答案：D
THANKS

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