放射衰变与放射性同位素应用

1、放射衰变与放射性同位素应用19.2放射衰變與放射性同位素放射衰變與放射性同位素的應用的應用熱熱 身身衰變三式衰變三式放射衰變的特性放射衰變的特性人工放射性同位素的應用人工放射性同位素的應用進度評估進度評估 219.2 放射衰變與放射性同位素的應用?放射衰变与放射性同位素应用熱熱 身身它會變成另一種元素它會變成另一種元素它的質量減少，但化學性質不變它的質量減少，但化學性質不變它會變得穩定它會變得穩定它會完全消失它會完全消失其他：其他：_19.2 放射衰變與放射性同位素的應用在放射性核素衰變時，有甚麼會發生？放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用不穩定的

2、原子核會放出輻射，失去部分粒子能量。這個過程稱為放射衰變或蛻變。放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用原子核衰變後，會變成另一種元素的原子核。母核衰變產物 = 子核 + 衰變過程中發射出來的粒子衰變X子核Y輻射放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用 粒子 = 氦原子核 射線（伽瑪射線） = 高能的電磁波 粒子 = 電子 粒子 粒子 射線放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用a 衰變90p144n鈾-238 母核2p2n釷-234 子核氦-4 ( 粒子)衰變產物質子

3、中子92p146n放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用a 衰變上面的數目及下面的數目均左右平衡23490U23892Th+He42238 = 234 + 492 = 90 + 2鈾-238 母核92p146n90p144n2p2n釷-234 子核氦-4（ 粒子）放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用a 衰變XAZA 4Z 2Y+He4223490U23892Th+He42238 = ? + 492 = ? + 2原子序數 -2質量數 -4放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射

4、性同位素的應用b 衰變91p143n釷-234 母核鏷-234 子核電子 e- （ 粒子）衰變產物質子中子90p144npn-1+1e-+1質量 023491Th23490Pa+e?234 = 234 + 090 = 91 + (1)e01放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用b 衰變原子序數 +1質量數 不變XAZAZ + 1Y+e01pne-質量 0放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式有些原子核在放出有些原子核在放出 或或 粒子後，會比正常狀態具有粒子後，會比正常狀態具有較多的能量。較多的能量。19.2 放射衰變與放射性同位素的應用c 輻

5、射 射線90p144n釷-234釷-23490p144n具多餘的能量衰變產物能量放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用c 輻射原子序數 不變質量數 不變X*AZAZX+Th*23490+Th23490具多餘的能量放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用 衰變 XAZA 4Z 2Y+He42 輻射能量X*AZAZX+ 衰變XAZAZ + 1Y+e01pne-2p2n放射衰变与放射性同位素应用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用鐳-226 的 衰變模擬程式問題?例題 1放射衰变与放射性同位素应

6、用1衰變三式衰變三式19.2 放射衰變與放射性同位素的應用U23892Th2349091Pa23492U23482Pb206放射性穩定d衰變系釷-232 的衰變系問題?例題 2放射衰变与放射性同位素应用2放射衰變的特性放射衰變的特性19.2 放射衰變與放射性同位素的應用放射衰變是隨機地（或無規地）發生的。這刻會發生衰變嗎？這次會擲得1嗎？a隨機特性放射衰变与放射性同位素应用實驗實驗 19a19.2 放射衰變與放射性同位素的應用放射衰變擲骰類比錄像片段尚未衰變的數目如何改變？擲得1 代表衰變了 拿走放射衰变与放射性同位素应用2放射衰變的特性放射衰變的特性19.2 放射衰變與放射性同位素的應用a隨

7、機特性由於衰變結果是隨機的，點並不正正落在曲線上。擲骰次數100806040024620810衰變曲線：尚未衰變放射衰变与放射性同位素应用2放射衰變的特性放射衰變的特性19.2 放射衰變與放射性同位素的應用b衰變速率擲骰次數100806040024620810尚未衰變尚未衰變的數目 衰變的數目 衰變速率放射衰变与放射性同位素应用2放射衰變的特性放射衰變的特性19.2 放射衰變與放射性同位素的應用b衰變速率放射強度（衰變速率） 未衰變核的數目放射強度的單位 = 貝克 (Bq)即每秒鐘的蛻變次數放射衰变与放射性同位素应用2放射衰變的特性放射衰變的特性19.2 放射衰變與放射性同位素的應用c半衰期擲

8、骰次數100806040024620810尚未衰變次投擲後：100 50次投擲後：50 25 半數衰變所需的時間是固定的。次投擲後：25 放射衰变与放射性同位素应用2放射衰變的特性放射衰變的特性19.2 放射衰變與放射性同位素的應用半衰期 = 一半核素衰變了所需的時間= 放射強度減半所需的時間c半衰期放射衰变与放射性同位素应用2放射衰變的特性放射衰變的特性19.2 放射衰變與放射性同位素的應用01620 年1 個半衰期3240 年2 個半衰期4860 年3 個半衰期40 10620 10620 10610 10630 1065 10635 106106 鐳-222（已衰變）106 鐳-226（

9、未衰變）時間0 106注意: 原子核（母核和子核）的總數永遠保持不變。c半衰期放射衰变与放射性同位素应用2放射衰變的特性放射衰變的特性19.2 放射衰變與放射性同位素的應用計算核素的放射性能維持多久，危險性維持多久識別不明放射性核素的種類用途：放放射射性性核核素素 半半衰衰期期鈾鈾-2357 108 年年碳碳-145700 年年鐳鐳-2261620 年年碘碘-1318 天天鈉鈉-2415 小小時時鏷鏷-23472 秒秒氡氡-22052 秒秒c半衰期放射衰变与放射性同位素应用2放射衰變的特性放射衰變的特性19.2 放射衰變與放射性同位素的應用鈉-24 的放射強度找出放射性樣本的半衰期模擬程式問題

10、？例題 3問題？例題 4c半衰期放射衰变与放射性同位素应用3人工放射性同位素的應用人工放射性同位素的應用19.2 放射衰變與放射性同位素的應用天然的放射性物質非常少。不過，用快速運動的粒子撞擊某些元素的原子核，便可製造出放射性同位素，這個過程稱為嬗變 (transmutation)。嬗 變放射衰变与放射性同位素应用3人工放射性同位素的應用人工放射性同位素的應用19.2 放射衰變與放射性同位素的應用醫 療放射療法()示蹤物(，數日)消毒()（相片提供：Prince of Wales Hospital/Dept. of Clinical Oncology）（相片提供：UKAEA）放射衰变与放射性同

11、位素应用3人工放射性同位素的應用人工放射性同位素的應用19.2 放射衰變與放射性同位素的應用工 業厚度計(， 103 年)煙霧探測器（火警警報）(，102 年)作為示蹤物檢查水道系統的泄漏情況(，數小時)（相片提供：UKAEA）放射衰变与放射性同位素应用3人工放射性同位素的應用人工放射性同位素的應用19.2 放射衰變與放射性同位素的應用農 業作為示蹤物追蹤植物吸收肥料的情況(，數日)碳-14 年代測定法*使用天然的放射性同位素(，103 年)考古學放射衰变与放射性同位素应用3人工放射性同位素的應用人工放射性同位素的應用19.2 放射衰變與放射性同位素的應用厚度計問題?例題 5放射衰变与放射性同

12、位素应用進度評估進度評估 219.2 放射衰變與放射性同位素的應用(1-2)一個放射源的衰變曲線 3碘-131 的半衰期是 8 天 4某放射源的放射強度開始時 放射衰变与放射性同位素应用(Q1-2) 一個放射源的衰變曲線一個放射源的衰變曲線 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用A20 BqB30 BqC50 BqD80 Bq1本底輻射是多少？放射衰变与放射性同位素应用(Q1-2) 一個放射源的衰變曲線一個放射源的衰變曲線 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用2為甚麼數據不是落在曲線上？A讀取輻射數據的誤差很大。B放射源的衰變是隨機的。C這是由於本底輻射的原因。D要加密讀取數據的次數。放射衰

13、变与放射性同位素应用Q3碘碘-131 的半衰期是的半衰期是 8 天天 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用碘-131 的半衰期是 8 天。現有 16 g 的碘樣本，在 24 天內有多少碘會衰變掉？每經過 8 天，_的碘有_會衰變掉。未衰變一半放射衰变与放射性同位素应用Q3碘碘-131 的半衰期是的半衰期是 8 天天 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用開始8 天後16 天後24 天後16 g 未衰變的碘_克未衰變的碘_克衰變產物_克未衰變的碘_克衰變產物_克未衰變的碘_克衰變產物所以，在 24 天內有_的碘衰變掉。 14 g88124142放射衰变与放射性同位素应用Q4某放射源的放射強度開

14、始時某放射源的放射強度開始時 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用某放射源的放射強度開始時為 600 Bq （本底輻射修正後）。經過 40 小時後，放射強度跌至 150 Bq。該放射源的半衰期是多少？40 小時內：600 Bq 150 Bq放射衰变与放射性同位素应用Q4某放射源的放射強度開始時某放射源的放射強度開始時 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用因此，40 小時等於_個半衰期，而一個半衰期為_。設 n 為放射源所經過的半衰期數目。由於該放射源的放射強度在一個半衰期後會 _， (40 小時後的放射強度) / (開始時的放射強度) = (1/2)n ( ) / ( ) = (1/2)n

15、 n = _40 小時內：600 Bq 150 Bq減半1506002220 小時放射衰变与放射性同位素应用完完 結結19.2 放射衰變與放射性同位素的應用放射衰变与放射性同位素应用例題例題 119.2 放射衰變與放射性同位素的應用鐳-226 的衰變鐳-226 （原子序數 88 ）衰變，放出 粒子。試說出子核的名稱，並寫下衰變的方程式。放射衰变与放射性同位素应用例題例題 119.2 放射衰變與放射性同位素的應用鐳-226 的衰變設 為子核的核素。那麼 衰變的方程式可以寫成：ZXAAZRa22688X+He42226 = A + 488 = Z + 2A = 222Z = 86及22286Ra2

16、2688Rn+He42 X 應是氡-222根據週期表放射衰变与放射性同位素应用返返 回回19.2 放射衰變與放射性同位素的應用放射衰变与放射性同位素应用例題例題 219.2 放射衰變與放射性同位素的應用釷-232 的衰變系89釷-232的衰變系：(a)衰變系中每一步放出了甚麼粒子？Th23290Ra22888Ac22890Th2288788899091224220228232236ThThAcRaAZ放射衰变与放射性同位素应用例題例題 219.2 放射衰變與放射性同位素的應用釷-232 的衰變系當母核放出 粒子 子核的質量數比母核少 4， 原子序數則少 2。當母核放出 粒子 子核的質量數便保持

17、不變， 但原子序數則加 1。因此，89Th23290Ra22888Ac22890Th228放射衰变与放射性同位素应用例題例題 219.2 放射衰變與放射性同位素的應用釷-232 的衰變系89(b)如果這個衰變系以鉛-208這種穩定的核素結束，整個系列一共放出多少 粒子？Th23290Ra22888Ac22890Th228 輻射並不會影響質量數 所放射出的 粒子的數量=(232 208)4= 6放射衰变与放射性同位素应用返返 回回19.2 放射衰變與放射性同位素的應用放射衰变与放射性同位素应用例題例題 319.2 放射衰變與放射性同位素的應用鈉-24 的放射強度鈉-24 的半衰期為 15 小時。

18、一個鈉-24 樣本的放射強度是 800 Bq （每秒的蛻變 800 次）。經過 2.5 天後，它的放射強度是多少？放射衰变与放射性同位素应用例題例題 319.2 放射衰變與放射性同位素的應用鈉-24 的放射強度每經過 15 小時，鈉-24 的放射強度就減半。122天 = 60 小時 = 4 15 小時（即 4 半衰期）800 Bq15 小時400 Bq15 小時200 Bq15 小時100 Bq15 小時50 Bq2.5 天後，樣本的放射強度減弱到 50 Bq 。放射衰变与放射性同位素应用例題例題 319.2 放射衰變與放射性同位素的應用鈉-24 的放射強度每經過 15 小時，鈉-24 的放射

19、強度就減半。122天 = 60 小時 = 4 15 小時60 小時後的放射強度 = 800 ( )412另解：= 50 Bq= 800 / 16 24 = 16放射衰变与放射性同位素应用返返 回回19.2 放射衰變與放射性同位素的應用放射衰变与放射性同位素应用例題例題 419.2 放射衰變與放射性同位素的應用找出放射性樣本的半衰期用蓋革彌勒計數器來量度某放射性樣本在一段時間內的放射強度。每分鐘次數400300200100012345678時間小時(a) 為甚麼在一段時間後該線圖趨於水平，而不是下跌至零？(b) 由關係線圖估計該放射性樣本的半衰期。放射衰变与放射性同位素应用例題例題 419.2 放射衰變與放射性同位素的應用每分鐘次數400300200100012345678時間小時找出放射性樣本的半衰期(a) 線圖趨於水平是因為樣本的放射強度下跌至接近零。 蓋革彌勒計數器所探測到的是本底輻射。放射衰变与放射性同位素应用例