放射性元素的衰变+高二下学期物理人教版（2019）选择性必修3

选择性必修三第五章原子核2放射性元素的衰变在古代，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。真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？原子核中有粒子放出，核会发生变化原子核中由质子和中子共同组成α射线是42He核流β射是0-1e流都来自原子核衰变复习回顾一、原子核的衰变原子核自发地放出α粒子或β粒子，核电荷数改变，变成另一种原子核的变化1.定义：是一种基本的原子核反应2.α衰变一、原子核的衰变α衰变方程通用表达式原子核衰变时电荷数和质量数都守恒+92e+90e23490ThU2389242He→+AZX→A-4Z-2Y+42He3.β衰变一、原子核的衰变23490Th+90e+91e23491Pa0-1e→+β衰变方程通用表达式AZX→AZ+1Y+0-1e电荷数和质量数守恒一、原子核的衰变4.衰变的本质思考：原子核为什么会放出电子和氦核呢？1）α衰变42He→+11H210n22）β衰变0-1e→+11H10nAZX→AZ+1Y+0-1eAZX→A-4Z-2Y+42Hemp=1.672×10-27kgmn=1.674927471×10-27kg一、原子核的衰变5.γ射线的来源为何放射性物质会同时放出三种射线呢？γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的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。α、β、γ三种射线原子核能量变化是不连续的与原子类似存在能级且越低越稳定新核处于高能级发生α衰变或β衰变跃迁到低能级放出γ光子课堂练习23892U22286Rn2.（铀核）衰变为（氡核）要经过几次α衰变，几次β衰变？1.写出放射性元素的α衰变以及（钋核）的β衰变的方程。23490Th21084Po二、半衰期1.放射性元素衰变的快慢每过3.8d就有一半的氡发生了衰变半衰期τ1）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间2）半衰期是描述原子核衰变快慢的物理量二、半衰期2.半衰期（τ）的特点1）不同的放射性元素，半衰期不同，同一种原子核半衰期固定氡222衰变为钋218的半衰期是3.8d镭226衰变为氡222的半衰期是1620年铀238衰变为钍234的半衰期竟长达4.5×109年2）半衰期是对大量原子核整体衰变做出的“统计预测”，对单个原子核半衰期毫无意义。微观世界规律的特征之一“单个微观事件不可以预测”3）半衰期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没有关系最初的某种原子核质量：m0半衰期：τ时间：t未衰变的这种原子核质量：二、半衰期3.半衰期相关计算m余=m0()12tτN余=N0()12tτ课堂练习3.已知钍234的半衰期是24d，1g钍234经过120d后还剩多少？若已知铋210的半衰期是5d，经过多少天后，20g铋210还剩1.25g？三、核反应卢瑟福用α粒子轰击氮原子核178O→+177N42He+11H人类第一次实现原子核的人工转变用α粒子，质子、中子甚至用γ光子去轰击一些原子核，都可以实现原子核的转变研究原子核的结构、发现和制造新元素三、核反应原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为人工核反应，简称核反应1.定义：1）核子数发生变化导致元素种类发生变化，是一种质的变化2.特点是核物理变化2）核反应过程一般都不可逆，只能用单向箭头表示反应方向3）核反应的生成物一定要以实验事实为基础，不能简单依据质量数守恒和电荷数守恒杜撰生成物4）核反应过程质量不守恒，反应前后总质量一般会发生变化能量质量亏损γ光子原子核衰变AZX→AZ+1Y+0-1e三、核反应广义上讲衰变也属于核反应四、放射性同位素及其应用1.放射性同位素能够自发地放出粒子而衰变的不稳定同位素不同放射性同位素放出射线不同，种类由原子核本身决定天然放射性同位素不过40多种，通过核反应生成的人工放射性同位素已达1000多种人工放射性同位素的放射强度容易控制，半衰期比较短，因此放射性废料容易处理，应用广泛。四、放射性同位素及其应用2.放射性同位素的应用1）利用射线的穿透本领①检查金属部件的砂眼、裂痕（探伤）γ射线②测厚、测液高实现自动化控制四、放射性同位素及其应用2.放射性同位素的应用2）利用射线的电离本领α射线使空气电离成为导体，消除静电3）利用射线的物理、化学、生物作用放射治疗培优、保鲜（γ射线）4）利用射线本身示踪原子（有放射性标记）碳14测年技术自然界中的碳主要是碳12，也有少量的碳14。宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14。核反应方程为碳14具有放射性，能够自发地进行β衰变而变成氮，核反应方程为碳14的半衰期T1/2为5730年。碳14不断产生又不断衰变，达到动态平衡，因此，它在大气中的含量相当稳定，大约每1012个碳原子中有一个碳14。活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同。植物枯死后，遗体内的碳14仍在衰变，不断减少，但是不能得到补充。因此，根据放射性强度减小的情况就可以推算植物死亡的时间。例如，要推断一块古木的年代，可以从中取出一些样品，测量样品中的碳14含量。如果含量是现代植物的，则说明这块古木的历史大概有碳14的一个半衰期T1/2，即5730年。类似地，如果碳14含量是现代植物的1/4，则古木历史大概是2T1/2，即11460年……在经济建设中也会用到碳14测定年代的方法。例如，进行基本建设时，地质基础的力学性质是个重要指标。一般说来，地层形成年代越早，固结程度越高，抗冲击性和承压性越好。北京饭店新楼施工时，在地面以下13m深的位置发现了两棵直径达1m的榆树。用碳14测定，这两棵树距今29285±1350年。据此数据，建设部门认为这个地层已经足够古老，可以作为地基，于是停止下挖，这样就节约了资金五、辐射与安全人类一直生活在放射性的环境中辐射的强度都在安全剂量之内宇宙的射线周围的岩石食物和日常用品食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40五、辐射与安全过量的射线对人体组织有破坏作用在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。课堂练习4.完成下列核反应方程。199F+42He→11H+()115B+147N→10n+()11H+147N→10n+