放射衰变与放射性同位素的应用

放射衰变与放射性同位素的应用19.2放射衰變與放射性同位素的應用第1页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用熱身

它會變成另一種元素

它的質量減少，但化學性質不變

它會變得穩定

它會完全消失

其他：________________

在放射性核素衰變時，有甚麼會發生？第2页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式不穩定的原子核會放出輻射，失去部分粒子／能量。這個過程稱為放射衰變或蛻變。第3页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式原子核衰變後，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輻射第4页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式

衰變

粒子=氦原子核

輻射

射線（伽瑪射線）

=高能的電磁波

衰變

粒子=電子

粒子

粒子

射線第5页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式a

衰變90p144n鈾-238母核2p2n釷-234子核氦-4(

粒子)衰變產物質子中子92p146n第6页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式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）第7页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式a

衰變XAZA

4Z

2Y+He4223490U23892Th+He42238=?+492=?+2原子序數

-2質量數

-4第8页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式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第9页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式b

衰變原子序數

+1質量數

不變XAZAZ

+1Y+e0

1pne-質量0第10页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式c

輻射有些原子核在放出

或

粒子後，會比正常狀態具有較多的能量。

射線90p144n釷-234釷-23490p144n具多餘的能量衰變產物能量第11页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式c

輻射原子序數

不變質量數

不變X*AZAZX+

Th*23490+Th23490

具多餘的能量第12页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式

衰變

XAZA

4Z

2Y+He42

輻射能量X*AZAZX+

衰變XAZAZ

+1Y+e0

1pne-2p2n第13页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式鐳-226

的

衰變模擬程式問題?例題1第14页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用1 衰變三式U23892Th2349091Pa23492U234…

82Pb206

放射性穩定d 衰變系釷-232的衰變系問題?例題2第15页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用2 放射衰變的特性放射衰變是隨機地（或無規地）發生的。這刻會發生衰變嗎？這次會擲得「1」嗎？a 隨機特性第16页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用實驗19a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

拿走第17页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用2 放射衰變的特性a 隨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：尚未衰變第18页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用2 放射衰變的特性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

第19页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用2 放射衰變的特性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第20页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用2 放射衰變的特性c 半衰期擲骰次數

100806040024620810尚未衰變3.5次投擲後： 100

50+3.5次投擲後： 50

25

半數衰變所需的時間是固定的。+3.5次投擲後： 25

12.5第21页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用2 放射衰變的特性半衰期

=

一半核素衰變了所需的時間=

放射強度減半所需的時間c 半衰期第22页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用2 放射衰變的特性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（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 半衰期第23页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用2 放射衰變的特性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：c 半衰期第24页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用2 放射衰變的特性鈉-24的放射強度找出放射性樣本的半衰期模擬程式問題？例題3問題？例題4c 半衰期第25页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用3 人工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)。嬗變第26页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用3 人工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：PrinceofWalesHospital/Dept.ofClinicalOncology）（相片提供：UKAEA）第27页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用3 人工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）第28页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用3 人工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)考古學第29页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用3 人工放射性同位素的應用厚度計問題?例題5第30页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用進度評估2(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……第31页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用(Q1-2)一個放射源的衰變曲線……

A 20Bq B 30Bq C 50Bq D 80Bq1

本底輻射是多少？第32页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用(Q1-2)一個放射源的衰變曲線……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。第33页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用Q3 碘-131的半衰期是8天……碘-131的半衰期是8天。現有16g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。未衰變一半第34页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用Q3 碘-131的半衰期是8天……開始8天後16天後24天後16g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。14g88124142第35页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用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為600Bq（本底輻射修正後）。經過40小時後，放射強度跌至150Bq。該放射源的半衰期是多少？40小時內：

600Bq

150Bq第36页，课件共58页，创作于2023年2月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_________。Q4 某放射源的放射強度開始時……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

n

=____40小時內：

600Bq

150Bq減半1506002220小時第37页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用完結第38页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用例題1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。第39页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用例題1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22286Ra22688Rn+He42

X

應是氡-222根據週期表第40页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用返回第41页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用例題2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？Th23290Ra22888Ac22890Th228…8788899091224220228232236ThThAcRaAZ第42页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用例題2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不變，但原子序數則加

1。因此，89Th23290Ra22888Ac22890Th228…

第43页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用例題2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=(232208)4=6第44页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用返回第45页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用例題3鈉-24的放射強度鈉-24的半衰期為15小時。一個鈉-24樣本的放射強度是800Bq（每秒的蛻變800次）。經過2.5天後，它的放射強度是多少？第46页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用例題3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=415小時（即4半衰期）800Bq15小時400Bq15小時200Bq15小時100Bq15小時50Bq2.5天後，樣本的放射強度減弱到50Bq。第47页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用例題3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60小時後的放射強度

=800()412另解：=50Bq=800/16

24=16第48页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用返回第49页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用例題4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。第50页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用每分鐘次數400300200100012345678時間／小時例題4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。第51页，课件共58页，创作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應用每分鐘次數400300200