放射性元素的衰变核反应核能光电效应

关于放射性元素的衰变核反应核能光电效应第1页，课件共33页，创作于2023年2月一、天然放射性现象1．放射性现象：

像这样物质自发地发出射线的现象叫天然放射现象。物质的这种性质叫天然放射性，具有放射性的元素，叫放射性元素。

人们发现原子序数大于84的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于84的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种：α射线、β射线、γ射线．1896年贝克勒尔发现铀U和含铀的矿物能发射某种看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照像底片感光。第2页，课件共33页，创作于2023年2月2、三种射线的本质和特性1.α射线：速度约为光速1／10的氦核流，贯穿作用很弱，电离作用很强．

2.β射线：速度约为光速0.99的电子流，贯穿作用很强，电离作用较弱．

3.γ射线：波长极短的电磁波，贯穿作用最强，电离作用最弱．种类本质电荷(e)速度(C)电离性贯穿性α射线氦核+20.1最强最弱，纸能挡住β射线电子-10.99较强较强，穿几mm铝板γ射线光子01最弱最强，穿几cm铅版第3页，课件共33页，创作于2023年2月3.研究放射线的方法：(1)在磁场中偏转第4页，课件共33页，创作于2023年2月(2)在电场中偏转3.研究放射线的方法：

设α与β沿初速度方向前进相同的距离L，两者在电场方向上偏转的距离之比：第5页，课件共33页，创作于2023年2月例1：将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况中正确的是(

)AD第6页，课件共33页，创作于2023年2月二、原子核的衰变规律（1）α衰变的一般方程为

每发生一次α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4．原子核内两个质子和两个中子结合比较紧密，有时作为一个整体从较大的原子核中抛射出来。（2）β衰变的一般方程为

每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变．β衰变的实质是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子．

伴随α衰变或β衰变同时产生的、γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．（3）γ射线

实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子．第7页，课件共33页，创作于2023年2月注意：

一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β和γ三种射线。第8页，课件共33页，创作于2023年2月②每一种放射性元素都有一定的半衰期,不同的放射性元素,半衰期不同.

如果用M0表示原来的原子质量,Mt表示t时刻还未衰变的质量,T表示半衰期,那么(4)半衰期（统计规律）①是放射性元素的大量原子核有半数发生衰变需要的时间③放射性元素半衰期的长短是由原子核的内部因素决定的,它不受外部因素的影响.例如温度、物态、化学结构等,都不能改变它的半衰期.④衰变公式第9页，课件共33页，创作于2023年2月【例2】（钍）经过一系列α和β衰变，变成（铅），下列说法正确的是（）A．铅核比钍核少8个质子B．铅核比钍核少16个中子C．共经过4次α衰变和6次β衰变D．共经过6次α衰变和4次β衰变ABD【例3】铀（）经过α、β衰变形成稳定的铅（问在这一变化过程中，共有多少中子转变为质子（）A．6；B．14；C．22；D．32

）A

【例4】若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天,则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比，即mA

：mB

是()A、30∶31B、31∶30C、1∶2D、2∶1C第10页，课件共33页，创作于2023年2月【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核变化后，产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能的是（）A.原子核发生了α衰变；B．原子核发生了β衰变C.原子核放出了一个正电子；D.原子核放出了一个中子；

由于一般新核带电量和质量均大于放出的粒子电量和质量,则由圆周运动规律可知大圆为粒子轨迹,小圆为新核轨迹.ACα衰变外切，β衰变内切第11页，课件共33页，创作于2023年2月【例6】

静止的氡核放出α粒子后变成钋核α粒子动能为Eα。若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为B.0C正确第12页，课件共33页，创作于2023年2月三、核反应2、查德威克α射线粒子轰击铍原子核实验,发现了中子定义：原子核在其它粒子的轰击下产生新核的过程叫核反应1、1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化在核反应中，质量数和电荷数都守恒第13页，课件共33页，创作于2023年2月4.注意：在人工转变中，用某高速粒子去轰击某原子核后，原子核发射出粒子和射线并转变成新的原子核的过程中，不可认为是高速粒子从原子核中打出了粒子.(1)

放射性同位素的发现（1934年，约里奥·居里夫妇）

具有相同质子数而中子数不同的原子核,在元素周期表中处于同一位置,互称同位素.有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素.天然放射性同位素不过四十多种,而人工制造的放射性同位素已达1000多种.3.同位素①放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等

(2)放射性同位素的应用

②作示踪原子第14页，课件共33页，创作于2023年2月四、核能

核子间作用力.短程强引力，只在相邻的核子间发生作用，与核子的电性无关.1.核力2、结合能

由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化．

可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合能，亦称核能．第15页，课件共33页，创作于2023年2月

原子核越大，自然它的结合能越高。因此，有意义的是它的结合能与核子数之比，称作比结合能也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。比结合能中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。有些重核分裂成中等质量的核放出能量有些轻核结合成中等质量的核释放能量获得核能的两个基本途径是重核裂变和轻核聚变第16页，课件共33页，创作于2023年2月

凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和能量间的关系为：E=mc2；若原子核质量亏损为△m，对应释放的能量为△E=△mc2.

3.质量亏损

组成原子核的核子与原子核的质量之差叫做质量亏损；需说明的是任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量和.4.爱因斯坦质能方程

第一..核反应过程中:核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量(质量亏损),同时以光子形式释放核能有关问题的理解和注意事项

原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子的总质量大于原原子核的质第17页，课件共33页，创作于2023年2月第三.质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能量形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.第四.公式ΔE=Δm·c2

的单位问题m用“u(原子质量单位)”1u=1.660566×10-27kgΔE用“uc2”1uc2=931MeV(表示1u的质量变化相当于931MeV的能量改变)第二.核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛“瘦了”一些第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸收的能量大好几个数量级两者相差数十万倍.

第18页，课件共33页，创作于2023年2月第19页，课件共33页，创作于2023年2月核反应中的能量核反应吸收能量放出能量核子结合成原子核有些重核分裂成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核第20页，课件共33页，创作于2023年2月2.链式反应：重核裂变时放出几个中子，再引起其他重核裂变而使裂变反应不断进行下去（原子弹原理）.五、重核的裂变1、定义：重核俘获一个中子后分裂为几个中等质量的核的反应过程叫重核的裂变1938年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：铀核的裂变+→++第21页，课件共33页，创作于2023年2月裂变前的质量：裂变后的：铀核的裂变释放出的能量为第22页，课件共33页，创作于2023年2月(1)裂变过程中能放出巨大的能量裂变特点：

(2)裂变的产物不是唯一的．(3)裂变的同时能放出2～3个(或更多个)中子．

1kg铀全部裂变，它放出的能量相当于2800t优质煤完全燃烧时释放的能量．

铀核裂变时，同时释放出2～3个中子，如果这些中子再引起其他铀235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应第23页，课件共33页，创作于2023年2月裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。3、临界体积

原子弹的材料一般为铀-235或钚-239。有中子反射的球形铀-235临界点为15公斤左右，钚-239则为10公斤左右。第24页，课件共33页，创作于2023年2月核能的和平利用——解决能源危机根本途径4、核电站（1）核心部件(核)反应堆：

(nuclear)reactor

人类第一座核反应堆：CP-1的“尊容”

用人式方法控制核裂变链式反应速度并获得核能的装置。第25页，课件共33页，创作于2023年2月（2）反应堆的组成：核燃料棒、减速剂、控制棒、冷却系统、防护层等。反应堆核燃料棒：核心设施。浓缩铀制成的铀棒减速剂：石墨、重水或普通水，用于减小中子的速度控制棒：镉，用于吸收中子，控制核反应的快慢。3%-4%的浓缩铀第26页，课件共33页，创作于2023年2月六、轻核聚变轻核结合成质量较大的核叫聚变。轻核聚变的核反应方程

使核发生聚变；必须使它们接迈到10-15米，也就是接近到核力能够发生做用的范围。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服电荷之间的很大斥力作用，这就要使核具有很大的动能。只有在几百万度的高温以上，原子核才有足够的动能克服相互间的库仑斥力，在碰撞中接近到可以发生聚变的程度。所以这种轻核聚变的反应又叫做热核反应。第27页，课件共33页，创作于2023年2月氘核的质量：mD＝2.014102u氚核的质量：mT＝3.016050u氦核的质量：mα＝4.002603u中子的质量：mn=1.008665u第28页，课件共33页，创作于2023年2月

一个氘核和一个氚核结合成一个氦核释放17.6MeV能量，平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个核子释放的能量