第三章--原子核的衰变
高中物理第3章原子核与放射性第2节原子核衰变及半衰期鲁科35鲁科高二35物理
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[解析] 21803Bi 经一次衰变变成210aX，由于质量数不变，所以只 发生了一次 β 衰变，核电荷数增加 1 即 a＝83＋1＝84，①是 β 衰变.21803Bi 经一次衰变变成81bTi，由于核电荷数减少 2，所以只 发生了一次 α 衰变，质量数减少 4，即 b＝210－4＝206，②是 α 衰变，故 A、C 项均错误，B 项正确；20861Ti 变成20862Pb，质 量数不变，核电荷数增加 1，所以只能经过一次 β 衰变，故 D 项错误． [答案] B
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将 α、β、γ 三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场， 如图表示射线偏转情况中正确的是( )
A．①③
B．①④
C．②③
D．②④
[思路点拨] 求解本题应把握以下两点：
(1)α 粒子、β 粒子在磁场中偏转，求半径再比较．
(2)α 粒子、β 粒子在电场中做平抛运动，求偏向位移再比较． 12/9/2021
12/9/2021
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对某一确定的 x 值，α、β 粒子沿电场线偏转距离之比为 yyαβ＝qqαβ·mmβα·vv22βα
1 ＝21×1 8440×（（00.9.19cc））22≈318. 由此可见③错误，④正确．
[答案] B
12/9/2021
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求解此类题目要熟知以下两点 (1)三种射线的带电性质． (2)正、负电荷在电场或磁场中的运动规律及解题方法．
速度
0.1c
0.9c
c
在电场或磁场
与 α 射线反向
偏转
不偏转
中
偏转
贯穿本领
最弱用纸能挡 较强穿透几毫 最强穿透几厘
高中物理课件第3章 第2节 原子核衰变及半衰期
第2节 原子核衰变及半衰期
学 业
分
层
测
评
知
识
点
二
学习目标
1.知道什么是放射性及放射性元素．(重点) 2．知道三种射线的本质和特性．(重点、 难点) 3．知道原子核的衰变和衰变规律．(重点) 4．知道什么是半衰期．(重点)
知识脉络
天然放射现象的发现及放射线的本质
[先填空] 1．天然放射现象的发现 (1)天然放射现象：物质能自发地放出 射线 的现象． (2)放射性：物质放出 射线 的性质，叫做放射性． (3)放射性元素：具有 放射性 的元素，叫做放射性元素． (4)天然放射现象的发现：1896年，法国物理学家 贝可勒尔 发现了天然放 射现象．
E．衰变过程中共有4个中子转变为质子
【解析】
209 83
Bi的中子数为209－83＝126，
237 93
Np的中子数为237－93＝144，
209 83
Bi的原子核比
237 93
Np的原子核少18个中子，A错、B对；衰变过程中共发生了α衰
变的次数为
237－209 4
＝7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)＝4次，C对、D错，
N＝12 N0，
即0.25N0＝12 N0，故5 7t30＝2，t＝11 460年． 【答案】 (1)164C―→－01e＋174N
(2)11 460年
1．衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒． (1)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2，质量数减少4. (2)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1，质量数不变． 2．利用半衰期公式解决实际问题，首先要理解半衰期的统计意义，其次要 知道公式建立的是剩余核的质量与总质量间的关系．
放射性元素的衰变 课件
【解析】 本题主要考查对衰变规律的应用和计算能力．
解法一：由于 β 衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数 的减少确定 α 衰变的次数，因为每进行一次 α 衰变，质量数减 4，所 以 α 衰变的次数为：x＝232－4 208次＝6 次
再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断 β 衰变的次数.6 次 α 衰变，电荷数减少 2×6＝12 个，而每进行一次 β 衰变，电荷数增加 1，所以 β 衰变的次数为：y＝[12－(90－82)]次＝4 次．
3．影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的， 跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物) 无关．
4．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规 律的总结，对少量的原子核的衰变，上述规律不成立，比如有两个镭 226 原子核，不是经过一个半衰期就应该有一个发生衰变，这两个原 子核何时衰变就是不可预测的．
1．衰变规律：原子核衰变时，电荷数和质量数都守恒． 2．衰变方程 (1)α 衰变：AZX→AZ－－24Y＋42He (2)β 衰变：AZX→Z＋A1Y＋－01e
3．衰变方程的书写特点 (1)核衰变过程一般是不可逆的，所以核衰变方程只能用箭头，不 能用等号．
(2)核衰变的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒而 杜撰出不符合实际的生成物来书写核反应方程．
【方法归纳】
应用半衰期公式
m＝m021
t T
计算．
2．半衰期公式 根据半衰期的定义，原子核的数目半数发生衰变所用的时间叫做 该元素的一个半衰期．所以可推测出如下公式：剩余的数目是原来数 目的几分之几或剩余的这种元素的质量是原来的几分之几．
放射性元素的衰变课件
个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛
射出来，这就是放射元素的_α_衰___变___现象；原子核里虽没有电子， 但核内的___中__子___可转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出 来，这就是__β_衰__变___．
(4)γ 射线产生的本质：原子核的能量只能取一系列不连续数
值，当原子核发生 α 衰变、β 衰变后，新核往往处于高能级．这时
2．公式．
N
余＝N
原21Tt ，m
余＝m
1 t 原2T
式中 N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数或质量，N 余、
m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数或质量，t 表示
衰变时间，T 表示半衰期．
注：半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子
所处的物理状态(如压强、温度、环境)或化学状态(如单质、化合物)
放射性元素的衰变
1．原子核的衰变． (1)原子核的衰变：原子核放出 α 粒子或 β 粒子，由于 _核__电__荷__数_ 变 了 ， 它 在 周 期 表 中 的 位 置 变 了 ， 变 成 另 一 种 ___原__子__核_．这种变化称为原子核的___衰__变___． (2)衰变规律：原子核衰变时，衰变前后的电荷数和质 量数都___守__恒___． α 衰变：质量数减少 4，电荷数减少 2，衰变方程为：AZ
解析：原子核的衰变是由原子核内部因素决定 的，与一般外界环境无关．原子核的衰变有一定的 速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变了 总数的一半．不同种类的原子核，其半衰期也不 同．若开始时原子核数目为 N0，经时间 t 剩下的原 子核数目为 N，半衰期为 T，则有如下关系式：N＝ N012Tt .若能测定出 N 与 N0 的比值．则就可求出时间 t 值，依此公式就可测定地质年代、生物年代或考察 出土文物存在年代等．
原子核物理-第三章
3.3 β衰变
• 由于K层电子最靠近原子核，故K层俘获几率最大，但 当 时，显然K层俘获不能发生， 而L层俘获则能发生，如202Pb和205Pb
• 轨道电子俘获所形成的子核原子，它的内层电子缺少 了一个，即产生了一个空穴，如K层俘获将使K层产生 一个空穴，从而子核原子处于不稳定的激发态，造成 L层电子跳到K层来填充该空穴并发出特征X射线，这 一射线能量为两层电子的结合能之差
3.1 放射性衰变的基本规律
• 镎系，在人造放射性核素中获得，从 241Pu开始衰变到稳定核素209Bi，系中各 放射性核素的质量数满足A=4n+1，该系 最长的母体半衰期为2.14X106a • 上述放射系中的衰变主要通过α衰变进行， 很少一部分通过β衰变，并且过程中伴随 γ射线的发射
3.1 放射性衰变的基本规律
• 因此发生β+衰变的条件为母核的原子质量比子核的原 子质量大2个电子质量
3.3 β衰变
• 轨道电子俘获的一般形式为： • 轨道电子俘获的本质是核内质子俘获电子转变成中子
• 轨道电子被俘获必须克服电子在原子中的结合能Bi，i 表示K，L，M等层，所以衰变能等于
• 因此发生第i层轨道电子俘获的条件为母核原子质量与 子核原子质量之差大于子核原子第i层电子结合能对应 的质量，即
3.2 α衰变
3.2 α衰变
• 母体向子体不同能级衰变的分支比Ri定义为衰变分强 度，分支比满足Σ Ri =1，所以总的衰变强度等于各分 强度之和
i Ri
ln 2 ln 2 Ri i T T
3.2 α衰变
• 如果母核本身是衰变产物，那么既可 能处于基态又可能处于激发态，从而 处于激发态的母核可以通过发射γ射线 退回基态再进行α衰变，或者直接进行 α衰变，后者所发射的α粒子具有很大 的能量，称为长射程α粒子，激发能越 高， α粒子的能量就越大 • 对一般的原子核，从激发态发射γ射线 的概率要大得多，只有212Po和214Po有 长射程α粒子
核衰变
辐射加工举例
辐射交联、固化、接枝、裂解
高分子量100000
橡胶硫化
木材纸浆生产粘胶丝
茶
海洋产多糖类
辐射分解
肥料
花卉
胡萝卜
水稻
辐射育种
全世界20世纪50年代 辐射育种占新品种 9％ “原丰早”水稻
现在50％
“鲁棉一号”棉花 “太幅一号”小麦
我国已培育513个新品种，占世界1/4 每年增产粮、棉、油 30－ 40亿公斤，社会经济效益 60亿元
物基二班 魏东星
衰 变
衰 变
衰 变
α β
α衰变是原子核自发放射α粒子的核衰变过程。α粒子是电荷数为2、质 量数为4的氦核He。不同核素α衰变的半衰期分布较广，从1微秒(μs)到 1017秒(s)，一般的规律是衰变能较大，则半衰期较短；反之，衰变能 较小，则半衰期较长。衰变能的微小改变，引起半衰期的巨大变化。α 衰变主要限于一些重核素。 原子核自发地放射出β粒子或俘获一个轨道电子而发生的转变。放出电 子的衰变过程称为β-衰变；放出正电子的衰变过程称为β+衰变;原子核 从核外电子壳层中俘获一个轨道电子的衰变过程称为轨道电子俘获， 在 β衰变中，原子核的质量数不变，只是电荷数改变了一个单位。β衰 变的半衰期分布在接近10秒到10年的范围内，发射出粒子的能量最大 为几兆电子伏。β衰变不仅在重核范围内发生，在全部元素周期表范围 内都存在β放射性核素。 伽玛衰变﹝γ衰变﹞是放射性元素衰变的一种形式。反应时放出伽 玛射线﹝是电磁波的一种，不是粒子﹞。 此衰变不涉及质量或电 荷变化.伽马射线是电磁辐射，具有在电磁辐射的频谱中最高的频 率和能量，而且在电磁辐射的频谱中波长最短，即是属于高能光子。 由于其高能量，活细胞吸收它们时能造成严重破坏。
核反应堆物理-复习重点--答案
第一章核反应堆的核物理基础（6学时）1.什么是核能？包括哪两种类型？核能的优点和缺点是什么？核能：原子核结构发生变化时释放出的能量，主要包括裂变能和聚变能。
优点：1）污染小：2）需要燃料少;3）重量轻、体积小、不需要空气，装一炉料可运行很长时间。
缺点：1）次锕系核素具有几百万年的半衰期，且具有毒性,需要妥善保存;2）裂变产物带有强的放射性，但在300年之内可以衰变到和天然易裂变核素处于同一放射性水平上；3）需要考虑排除剩余发热。
2.核反应堆的定义。
核反应堆可按哪些进行分类，可划分为哪些类型？属于哪种类型的核反应堆？核反应堆：一种能以可控方式产生自持链式裂变反应的装置。
核反应堆分类：3.原子核基本性质。
核素：具有确定质子数Z和核子数A的原子核。
同位素：质子数Z相同而中子数N不同的核素。
同量素：质量数A相同，而质子数Z和中子数N各不相同的核素.同中子数：只有中子数N相同的核素。
原子核能级:最低能量状态叫做基态，比基态高的能量状态称激发态.激发态是不稳定的，会自发跃迁到基态，并以放出射线的形式释放出多余的能量.核力的基本特点：1）核力的短程性2）核力的饱和性3）核力与电荷无关4.原子核的衰变。
包括：放射性同位素、核衰变、衰变常数、半衰期、平均寿命的定义;理解衰变常数的物理意义；核衰变的主要类型、反应式、衰变过程，穿透能力和电离能力。
放射性同位素：不稳定的同位素，会自发进行衰变,称为放射性同位素。
核衰变:有些元素的原子核是不稳定的,它能自发而有规律地改变其结构转变为另一种原子核，这种现象称为核衰变，也称放射性衰变。
衰变常数:它是单位时间内衰变几率的一种量度；物理意义是单位时间内的衰变几率，标志着衰变的快慢。
半衰期:原子核衰变一半所需的平均时间。
平均寿命：任一时刻存在的所有核的预期寿命的平均值。
衰变类型细分前后变化射线性质ααZ减少2，A减少4 电离本领强，穿透本领小ββ—Z增加1，A不变电离本领较弱,穿透本领较强β+ Z减少1,A不变电子俘获Z减少1，A不变γγ激发态向基态跃迁电离本领几乎没有，穿透能力很强5.结合能与原子核的稳定性。
原子核的放射性衰变
N(t)=Noe-λ t，再经 dt(t~t+dt) 时间，有-dN=
λNdt 发生衰变。这意味着 –dN 个核子存活了t
时间，所以核素的总寿命是 任一核素的平均寿命为
0
t (dN ) tNdt
0
tNdt 0 N0
t 1 T1 / 2 t t te dt td (e ) e dt 0 0 0 0.693
1
剩余核数为原来37％的时间，所以它比半衰期T1/2长。
T ln 2 0.693 0.693
1
11
几种放射物及其半衰期
放射物
238 92
射线
半衰期T
U
α
4.5×109年
226 88
Ra
α
α β
+
1622年
3.82日 20.4分
222 86 11 6
Rn
C
212 84
Po(ThC ' ) α
2
3、放射性的发现：
1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究物质 的荧光现象时发现放射性。 1898年，居里夫妇首先提炼出放射性同位素铀。 4、射线的性质： 1899年，卢瑟福等人用在垂直于射线方向加磁 场的方法，对射线的性质进行了研究，发现这 些射线是、和。
3
磁场方向垂 直纸面向里
放射源 铅室
e
30
0.125
7
8.02 10 / s
ln 2
8.64 105 s
1
1.24 10 s
16
Hale Waihona Puke 6另外，测定现时活度 I(t) 可推算年代，例通过对生 物遗留的放射性14C含量的测定可鉴定古生物的年龄。 对于活体组织内的14C，其丰度与大气一样。但是它们 死后，14C由于衰变不断减少，通过测量现时的活度， 可推算出古生物死去的时间。 例如在河北磁山遗迹中发现古时的粟，在粟样品中含 有1g碳，测出它的放射性活度为λN(t)=10.4×10-2/s， 可以推算它存放的年代，由14C的丰度(1.3×10-12)可知 1g新鲜的碳中含14C核数是(6.023×1023/12)1.3×10-12 =6.5×1010 对应的放射性活度为
19.2放射性元素的衰变
原
(1)方法：设放射性元素AZX
经过
n
次
α
衰变和
m
次
β
衰变后，
子 核
变成稳定的新元素AZ′′Y，则衰变方程为：
ZAX→AZ′′Y＋n42He＋m－01e
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。
以上两式联立解得：n＝A－4A′，m＝A－2A′＋Z′－Z。
由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。
含量为 N0，遗骸中的164C 含量为 N，则
N＝12
t
N0≠N0，
t
即 0.25N0＝12 5730 N0，故5 7t30＝2，t＝11 460 年。
[答案] (1)146C→－01e＋147N (2)11 460 年
19.2 放射性元素的衰变
人 教 版 选修3-5
第 十
人 教 版 选修3-5
第 十
九
章
一、原子核的衰变
原
1．定义
子 核
原子核放出 α 粒子 或β 粒子，则核电荷数变了，变成另一
种 原子核 ，这种变化称为原子核的衰变。
2．衰变分类
(1)α 衰变：放出 α 粒子的衰变。
(2)β 衰变：放出 β 粒子的衰变。
19.2 放射性元素的衰变
人 教 版 选修3-5
断时间。
19.2 放射性元素的衰变
人 教 版 选修3-5
第 十
九
1．自主思考——判一判
章
(1)原子核发生 α 衰变时，核的质子数减少 2，而质量数减少 4。(√ ) 原
子
(2)原子核发生 β 衰变时，原子核的质量不变。
(×) 核
原子核的衰变和裂变
原子核的衰变和裂变原子核是物质的基本组成部分，它具有稳定和不稳定两种状态。
稳定的原子核能够持续存在，而不稳定的原子核则会经历衰变和裂变的过程。
本文将详细探讨原子核衰变和裂变的原理、过程以及与核能产生的关系。
一、原子核衰变原子核衰变是指不稳定的原子核自发地转变为其他原子核的过程。
这种转变是由于原子核中的粒子重新组合，通过释放或吸收粒子和能量来达到更稳定的能级。
原子核衰变的方式有多种，包括α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变α衰变是指不稳定原子核放射出一个α粒子而变成另一个原子核的过程。
α粒子由两个质子和两个中子组成，具有正电荷。
α衰变常见于具有较大质量数的原子核，如铀系列元素。
在α衰变中，原子核的质量数减少4，原子序数减少2，同时释放出大量能量。
2. β衰变β衰变是指不稳定原子核在放射β粒子的同时发生变化。
β粒子可以是电子（β^-衰变）或正电子（β^+衰变）。
在β^-衰变中，一个中子分解为一个质子、一个电子和一个反中微子；而在β^+衰变中，一个质子转变为一个中子、一个正电子和一个中微子。
β衰变会导致原子核的质量数不变，但原子序数发生改变。
3. γ衰变γ衰变是指原子核从高能级跃迁到低能级时释放出γ射线的过程。
γ射线是高能电磁辐射，对物质具有穿透力。
γ衰变经常与α或β衰变同时发生，通过释放γ射线来平衡能量。
γ射线能够触发其他原子核的衰变，从而引发连锁反应。
二、原子核裂变原子核裂变是指通过撞击或吸收中子，不稳定的原子核分裂为两个或更多的碎片的过程。
裂变通常发生在重原子核，如铀和钚。
裂变过程中会释放出大量中子和能量，这些中子可以继续引发其他原子核的裂变，形成连锁反应。
原子核裂变的典型例子是铀的裂变。
当铀吸收中子后，会形成铀-236，这个核素非常不稳定，会分裂成若干个碎片，并释放出中子和能量。
裂变过程中的能量释放可以通过控制反应堆中的反应物质和中子流，从而实现核能的控制利用。
三、核能产生原子核衰变和裂变都能产生核能。
高中物理 第3章 原子核与放射性 第2节原子核衰变及半衰期知识导航素材 鲁科版选修3-5
第2节 原子核衰变及半衰期思维激活考古学中是怎样测定出土文物的年代?提示：放射性元素具有一定的衰变速率,不同元素的衰变速率不同,即半衰期是不一样的.根据衰变前后元素的剩余质量的关系:m 余=m 原(21)t/T ,可测出衰变时间t,从而确定出不同的年代.Rn 22286的衰变曲线自主整理一、天然放射现象的发现_______发现天然放射现象,揭开了人类研究原子核结构的序幕.通过对天然放射现象的研究,人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小于83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. 1.α射线:速度约为光速的_______,贯穿作用_______,电离作用_______ 2.β射线:速度接近光速的_______,贯穿作用_______,电离作用_______. 3.γ射线:波长极短的电磁波,γ粒子就是光子,贯穿作用_______,电离作用_______.二、原子核的衰变1.定义:原子核自发地放出某种粒子而转变为_______的变化叫做原子核的_______.2.分类(1)α衰变:α衰变的实质是其元素的原子核同时放出由_______质子和_______中子组成的粒子(即氦核),每发生一次α衰变,新元素与原元素比较,核电荷数减少,质量数减少_______,即_______.(2)β衰变:β衰变的实质是其元素的原子核内的一个_______变成_______时放射出一个电子.每发生一次β衰变,新元素与原元素比较,核电荷数增加_______,质量数_______.即_______.(3)γ衰变:γ衰变是伴随着_______和_______同时发生的,γ衰变不改变原子核的电荷数和质量数.其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.三、半衰期1.定义:放射性元素的_______发生衰变需要的时间.2.半衰期的大小由放射性元素的原子核_______决定,跟原子所处的_______ (如压强、温度等)或_________ (如单质或化合物)无关.高手笔记1.原子核既然是由质子和中子组成的,那么为什么还会从原子核里发射出α粒子、β粒子?实际上,发射出来的α粒子和β粒子仍是原子核内的质子和中子结合或转化而成的.α粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的,β粒子是原子核内的中子转化为质子时产生并发射出来的.所以不能因为从原子核中发射出α粒子和β粒子就认为原子核也是由它们组成的.2.三种射线的比较板铅板对空气的电离作很强较弱很弱用在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光名师解惑1.对半衰期概念的理解剖析:半衰期是反映大量原子核衰变快慢的统计规律.当样品中的原子数目减小到统计规律不再起作用的时候,我们就不能按半衰期的公式去计算了.例如:2 g的Bi所含的原子核数目大,可按半衰期公式进行计算.而20个Bi核,就不再满足统计规律,也就无法判断有多少个Bi核发生了衰变.而且对单个Bi核,其何时衰变完全是偶然的,无法确定它将何时发生衰变.2.书写衰变方程的依据剖析:质量数守恒和电荷数守恒是书写衰变方程的重要依据,但要以衰变的事实为基础,不能仅仅根据两条守恒定律随意书写事实上不存在的衰变方程.另外,衰变方程是不可逆的,方程中只能用箭头“→”连接并指示衰变方向,而不能用等号“”连接.讲练互动【例题1】如图3-2-1,放射源放在铅块上的细孔中,铅块上方有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外.已知放射源放出的射线有α、β、γ三种.下列判断正确的是( )图3-2-1A.甲是α射线、乙是γ射线、丙是β射线B.甲是β射线、乙是γ射线、丙是α射线C.甲是γ射线、乙是α射线、丙是β射线D.甲是α射线、乙是β射线、丙是γ射线解析：粒子垂直进入磁场,若带电则必受洛伦兹力的作用而做圆周运动,轨迹为圆弧,而乙为直线,可判定其为不带电粒子,即乙是γ射线;再根据左手定则,即可判定甲为β射线,丙为α射线,故B 正确. 答案：B 绿色通道对衰变中放出的三种粒子不同性质及其在磁场或电场中的偏转问题进行定性分析. 变式训练1.放射性元素放出的射线,在电场中分成a 、b 、c 三束,如图3-2-2所示,其中( )图3-2-2A.c 为氦核组成的粒子B.b 为比X 射线波长更长的光子流C.b 为比X 射线波长更短的光子流D.a 为高速电子组成的电子流解析：根据射线在电场中的偏转情况,可以判断,a 射线向电场线方向偏转应为带正电的粒子组成的α射线,b 射线在电场中不偏转,所以为γ射线;c 射线受到与电场方向相反的电场力,应为带负电的粒子组成的β射线. 答案：C【例题2】铀(U 23892)经过α、β衰变形成稳定的铅(Pb 20682),问在这一变化过程中,共有多少中子转变为质子( )A.6B.14C.22D.32解析：U 23892衰变为Pb 20682,需经过8次α衰变和6次β衰变,每经过一次β衰变就会有一个中子转变为质子同时放出一个电子,所以共有6个中子转化为质子. 答案：A 绿色通道在分析有关α、β衰变的问题时,应抓住每次α衰变质量数减4、电荷数减2和每次β衰变时质量数不变、电荷数加1这一衰变规律进行分析. 变式训练2.U 23892衰变成Rn 22286共发生了__________次α衰变和__________次β衰变. 解析：根据衰变规律,Rn 的质量数比U 的质量数减少了238-222=16,而天然放射只有α衰变才能使质量数减少,且每次α衰变减少质量数为4,故发生了16÷4=4次α衰变.因每次α衰变核的电荷数减少2,故由于α衰变核的电荷数应减少4×2=8.而Rn 核的电荷数仅比U 核少了92-86=6,故说明发生了2次β衰变(即92-8+2=86). 答案：4 2【例题3】古墓中发现一古代植物,测得里面含碳14与碳12的比例是现代植物中比例的三分之一,已知碳14的半衰期为 5 730年,求这种植物生长期距今有多少年?(lg2=0.3,lg3=0.48)解析：设植物活着时碳14与碳12比值为k=1214N N ,植物死后t 年时,碳14与碳12的比值为k′=1214'N N .则:1414''N N k k =.由半衰期公式得:Tt N N k k 21''1414===31,解得: t=(lg3/lg2)T=(0.48/0.3)×5 730年=9 168年.可见该植物体的生长期距今约为9 168年. 答案：9 168年 绿色通道14C 衰变,在植物死后不能得到补充,因此它与植物体内的12C 的比例会减少.变式训练3.放射性元素的半衰期是( )A.质量减少一半需要的时间B.原子量减少一半需要的时间C.原子核全部衰变需要时间的一半D.原子核有半数发生衰变需要的时间 解析：放射性元素的半衰期是对大量的原子核而言,原子核的个数有一半发生衰变的时间叫半衰期,故D 项正确. 答案：D【例题4】如图3-2-3所示，在匀强磁场中的A 点，有一个静止的原子核，当它发生哪一种衰变时，射出的粒子以及新核的轨道才做如图所示的圆周运动,并确定它们环绕的方向.若两圆的半径之比是44∶1，这个放射性元素原子核的原子序数是多少？图3-2-3解析：原子核衰变时,遵守动量守恒定律.由原子核的初态是静止的,可以判定出衰变时射出的粒子与新核的动量大小相等、方向相反.现由图可知新核与该粒子尽管速度方向相反,但受的磁场力方向却相同,新核带正电,则该粒子带负电,这说明发生的是β衰变.设其质量为m,在磁感应强度为B 的匀强磁场中,以速度v 做匀速圆周运动,其运动半径为R=qBmv,由衰变时动量守恒知射出粒子的动量m 1v 1等于新核动量m 2v 2,而B 相同,所以R 与q 成反比,新核的q 值都比较大,可判定出衰变射出粒子的运动轨道半径大,新核半径小,知大圆是放射出的粒子的轨迹,小圆则是新核的轨迹.根据左手定则判断：在A 点发射出的粒子是负电子，它的初速度水平向左，沿圆轨道顺时针方向旋转.新核初速度水平向左，沿圆轨道逆时针旋转且有1441221==q q R R .可从发射粒子的电荷数确定新核的电荷数,由于衰变过程中电荷数守恒,可求出原来放射性元素原子核的电荷数即它的原子序数.q1=e,电荷数是1，所以q2=44e，电荷数是44.根据电荷守恒定律，原来的放射性元素原子核的原子序数是45，它发生的是β衰变，电子顺时针方向做匀速圆周运动，新核逆时针做匀速圆周运动.答案：45绿色通道原子核在衰变过程中,不仅质量数、电荷数守恒.其动量、能量也同时守恒,并兼顾带电粒子在匀强磁场中的运动规律.变式训练4.在匀强磁场中,一静止的放射性原子核发生衰变,放出一个粒子后变为另一新原子核,为此拍得如图3-2-4所示两个相切的圆形径迹的照片,则( )图3-2-4A.图甲为发生α衰变的照片,其中大圆为α粒子的径迹B.图甲为发生β衰变的照片,其中大圆为电子的径迹C.图乙为发生α衰变的照片,其中大圆为α粒子的径迹D.图乙为发生β衰变的照片,其中大圆为电子的径迹解析：图为内切圆时,原子核发生β衰变,大圆为β粒子的轨迹;图为外切圆时,原子核发生α衰变,大圆为α粒子的轨迹.答案：AD体验探究【问题】考古学家如何把放射性同位素作为“时钟”,测定土层、化石、古木年代的? 导思：不同的放射性同位素具有不同的半衰期,且不随状态、温度的改变而改变.在自然界中同位素的含量是稳定的.探究：在土层、化石、古木枯死后,其内部不再与外界进行物质交换,而内部的放射性同位素仍在进行衰变,不断减小,因此,可以根据放射性强度的大小情况算出它们的时间. 教材链接教材P 52《讨论与交流》参照α衰变规律的分析过程,通过分析Th 23490的衰变方程寻找β衰变的规律,找出新生成的核与原来的核的电荷数、质量数有什么关系,在元素周期表中的位置怎样变化,并试着用一个通式来表示.与同学交流自己的见解.答：Th 23490发生β衰变方程为Th 23490→e 01-+Pa 23491,新生核比原来的核质量数没有改变,电荷数增加1,新生核在元素周期表中的位置后移一位.其规律可表示为X A Z→e 01-+Y AZ 1+.X 为原来的原子核,Y 为新生成的原子核.。
原子核物理知识点归纳
原子核物理重点知识点第一章 原子核的基本性质1、对核素、同位素、同位素丰度、同量异位素、同质异能素、镜像核等概念的理解。
（P2）核素：核内具有一定质子数和中子数以及特定能态的一种原子核或原子。
（P2）同位素：具有相同质子数、不同质量数的核素所对应的原子。
（P2）同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。
（P83）同质异能素：原子核的激发态寿命相当短暂，但一些激发态寿命较长，一般把寿命长于0.1s 激发态的核素称为同质异能素。
（P75）镜像核：质量数、核自旋、宇称均相等，而质子数和中子数互为相反的两个核。
2、影响原子核稳定性的因素有哪些。
（P3~5）核内质子数和中子数之间的比例；质子数和中子数的奇偶性。
3、关于原子核半径的计算及单核子体积。
（P6）R =r 0A 1/3 fm r 0=1.20 fm 电荷半径：R =（1.20±0.30）A 1/3 fm 核力半径：R =（1.40±0.10）A 1/3 fm 通常 核力半径＞电荷半径单核子体积：A r R V 3033434ππ==4、核力的特点。
（P14）1.核力是短程强相互作用力；2.核力与核子电荷数无关；3.核力具有饱和性；4.核力在极短程内具有排斥芯；5.核力还与自旋有关。
5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。
（P8）结合能：),()1,0()()1,1(),(),(2A Z Z Z A Z c A Z m A ZB ∆-∆-+∆=∆= 表明核子结合成原子核时会释放的能量。
比结合能（平均结合能）：A A Z B A Z /),(),(=ε原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功，或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。
6、关于库仑势垒的理解和计算。
（P17）1.r>R ,核力为0，仅库仑斥力，入射粒子对于靶核势能V (r )，r →∞，V (r ) →0，粒子靠近靶核，r →R ，V (r )上升，靠近靶核边缘V (r )max ，势能曲线呈双曲线形，在靶核外围隆起，称为库仑势垒。
化学原子核的衰变
化学原子核的衰变化学原子核的衰变是指原子核内部核子的组合方式或核子数量发生变化的过程。
这个现象是涉及到原子核的一种自然现象，从一个稳定的核素转变为另一个核素，伴随着放射性能量的释放或吸收。
一、衰变的类型核素衰变可分为三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变：α衰变是指原子核中一个α粒子（即两个中子和两个质子构成的一个粒子）从核中放射出来的过程。
在这个过程中，原子核的质量数减少4，原子序数减少2。
例如，铀238衰变为钍234，放射出一个α粒子。
2. β衰变：β衰变又分为β+衰变和β-衰变两种。
β+衰变是指原子核中一个正电子（β+粒子）从核中放射出来的过程。
在这个过程中，原子核的质量数不变，而原子序数减少1，具体表现为一个质子转化为一个中子，释放出一个正电子和一个中微子。
β-衰变是指原子核中一个负电子（β-粒子）从核中放射出来的过程。
在这个过程中，原子核的质量数不变，而原子序数增加1，具体表现为一个中子转化为一个质子，释放出一个负电子和一个反中微子。
3. γ衰变：γ衰变是指原子核在经历α衰变或β衰变之后，通过放射γ射线以释放余能的过程。
γ射线是一种高能量电磁辐射，它不会改变原子核的质量数和原子序数。
二、衰变的影响及应用1. 放射性衰变的影响：放射性衰变会产生射线和射线能量，对人体和环境造成辐射危害。
普通人对辐射的剂量一般是很小的，但长期暴露于高辐射环境中可能导致突变、癌症等疾病。
2. 核能利用：核衰变也是人类利用核能的基础。
通过控制核衰变过程，可以用来产生电能、制造核武器、用于医学诊断和治疗等方面。
三、核衰变的速率核衰变的速率遵循指数规律，可以用半衰期来描述。
半衰期是指在一定时间内，有一半原子核发生衰变的时间。
不同的元素具有不同的半衰期，有些元素的半衰期可以达到数亿年，有些只有几分钟。
例如钍232的半衰期为1.4万亿年，铀238的半衰期为45.5亿年。
而铀235的半衰期为7.04亿年，镭226的半衰期为1600年。
原子核的组成-放射性和衰变
钡铀云母
翠砷铜铀矿
斜水钼铀矿
铀钙石矿
放射性不是少数几种元素才有的。 研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线(大于等于83) 。
放大了1000倍的铀矿石
天然放射现象
原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．
放射性现象中放出的射线是什么东西？ 它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？ 这些射线带不带电？
D
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要点提炼
1.原子核人工转变的两大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应： N＋ He→ ＋ H (2)1932年查德威克发现中子的核反应： Be＋ He→ C＋
三、核反应
2.核反应的条件：用一定能量的粒子，如α粒子、质子、中子甚至用光子去轰击原子核. 3.核反应的实质：以基本粒子(α粒子、质子、中子等)为“炮弹”去轰击原子核(靶核X)，从而促使原子核发生变化，生成新原子核(Y)，并 . 4.核反应遵从的守恒定律：在核反应中， 和 守恒.
C
2．下列有关物理学史的叙说，正确的是（ ） A.α粒子的散射实验揭示了原子内部还有复杂结构 B. 天然放射性现象揭示了原子核内部还有复杂结构 C. 质子和中子的发现揭示了原子核由质子和中子组成 D. 电子的发现揭示了原子的核式结构模型
B C
3、将天然放射性物质放入顶端开有小孔的铅盒S里，放射线便从小孔中射出，沿带电平行金属板A、B之间的中线垂直于电场方向进入电场，轨道如图所示，则： 轨迹 是射线， 轨迹 是射线， 轨迹 是射线. 板带正电， 板带负电.
α射线
与α射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做β射线. β射线由带负电的粒子（β粒子）组成，进一步研究表明β粒子就是电子. β射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几毫米厚的铝板.
人教版高中物理选修(2-3)《原子核衰变》ppt课件
粒子的遂穿频率：
v 1 / 3 1 / 2 n 3 1021 AX Ek 2 RX E k 为粒子在母核内的动能
2018/7/15
放射性衰变基本规律
射线的物质效应：射线对物质的效应不仅取 决于放射性物质本身的强弱，还取决于所释 放的射线的特性及接受射线的材料的性质。 物质效应单位： 1伦琴（R）使1kg空气中产生2.58104库仑 电量的辐射量
2018/7/15
放射性衰变基本规律
半衰期测量
A= 4n
A= 4n+2
2018/7/15
放射性衰变基本规律
锕系 镎系
A= 4n+3
A= 4n+1
2018/7/15
放射性衰变基本规律
级联衰变公式 对于简单的级联衰变：ABC
dN B l A N A lB N B dt N A N A0 e l At N B N A0
L m
1 v2 / c2
N0
l
T 1.44T ln 2
2018/7/15
放射性衰变基本规律
放射性强度：单位时间内物质发生衰变的原子核数
dN A lN lN 0 e lt A0 e lt dt 1居里（Ci）3.71010次核衰变/秒 放射性强度单位：
1毫居0.001居里，1微居0.001毫居 1贝克勒（Bq）1次核衰变/秒 1g226Ra的放射性强度近似为1居里
lA [e l At e l B t ] lB l A
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放射性衰变基本规律
dN C l B N B lC N C dt N C N A0 [hAe l At hB e lB t hC e lC t ] hA hC (l B l A )(lC l A )
第三章 原子核的衰变
N→ C + e +νe 在轨道电子俘获过程中放出中微子，
3 3 + 7
Be + e → Li +νe
− k 7
22
中微子性质： 电荷为零； 静止质量几乎为零，质量上限不超过7.3eV； 自旋为1/2； 遵从费米统计； 磁矩非常小，上限不超过10−6µN 。 与物质的相互作用非常弱，属弱相互作用，作用 截面σ ~10−44cm2，通常物质的原子密度n ~1023/cm3。 平均自由程l为， 1 1 l= ≈ 23 cm =1021cm =1016 km −44 nσ 10 ×10 比较：地球直径约为 1.3×104 km 。
16
β衰变中原子核只改变电荷数Z，不改变质量数A .
β衰变能谱
β衰变能谱特点： β粒子的能量连续； 有确定的最大能量Eβmax ； 随能量分布有极大值。 而且，Eβmax =E0 .
17
212Bi的衰变
212 83
Bi
α 6.05 E0 =6.21
208 81
212Po分支的总衰变能：
212 84
E0 (β − ) = [mX (Z, A) − mY (Z +1, A) − me ]c2
= {[MX (Z, A) − Zme ] −[MY (Z +1, A) − (Z +1)me ] − me}c2
= [MX (Z, A) − MY (Z +1 A)]c ,
2
27
发生β−衰变的条件为，
MX (Z, A) > MY (Z +1 A) ,
E0 = EY + Eα = [mX − (mY + m )]c2 α
原子核的三种主要衰变特性及其比较
----- . -zj资料- 分类号：TQ242．3单位代码：XXXX密级：一般学号：XXXXX本科毕业论文（设计）题目：原子核的三种主要衰变特性及其比较专业：物理学姓名：XX指导教师：XX职称：教授答辩日期：二0一五年六月十四日原子核的三种主要衰变特性及其比较摘要：物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。
是一门以实验研究为基础的自然学科。
核物理学又称原子核物理学，是20世纪新建立的一个物理学分支。
它是一门既有深刻理论意义，又有重大实践意义的学科。
核物理与核技术已经成为当今世界上最有生命力、发展最为迅速、影响力最大、成果最多的学科之一。
所以说，对于原子核物理的认识也就必不可少了。
然而对于原子核物理的了解，最重要的手段就是对原子核衰变的研究。
原子核的衰变是极其复杂的，为了更好的认识原子核，加深对原子核衰变的理解，我们对原子核的三种主要衰变特性进行比较。
关键词：原子核三种衰变比较Abstract: Subject matter physics is the study of the most general laws of motion and the basic structure of matter. Is a research-based experimental natural sciences. Nuclear physics, nuclear physics, also known, is a branch of physics newly established 20th century. It is both a profound theoretical significance and great practical significance of the subjects. Nuclear physics and nuclear technology has become the world's most vital, the fastest growing, most influential, one of the largest achievement disciplines. So, for the understanding of nuclear physics also indispensable. However, for the understanding of nuclear physics, research is the most important means of nucleus decay. Nuclear decay is extremely complex, in order to better understand the nucleus, to deepen understanding of nuclear decay, we have three main nuclei decay characteristics were compared.Key Words: Atomic nucleus; three kinds of decay; Compare衰变亦称"蜕变"。
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A 4 Z 2 TY Daughter
a
Y
Ta
母核X 衰变为 子核Y 和 一个 a 粒子.
衰变前，母核X静止，根据能量守恒定律：
mX c = mY c ma c Ta TY
2 2 2
衰变前
衰变后
静止质量
衰变后 动能
静止质量
定义：a衰变能E0 为 子核Y 和 a 粒子的
即： = T T = [m (m m )]c 2 E0 a Y X Y a
g = high-energy photon
no charge
several cm lead
此外，还有中子发射、质子发射、裂变等
各种辐射的穿透能力
3.1 a衰变
蜕变的过程.
A Z
X
A4 Z 2
Y a
a衰变：不稳定核自发地放出 a 粒子而
a 衰变基本特点：
a 放射性核素一般为重核，质量数>140
E0 = 0.0084 931.5 = 7.825MeV
M<0，E0<0，不可能发生a衰变。
mX = Zm p ( A Z )mn mX 利用质量亏损m的定义： mY = ( Z 2)m p ( A Z 2)mn mY
ma = 2m p 2mn ma
相对强度
106 34 10 160
a0 a1 a2 a3
8.785 9.499 10.432 10.550
母核能级
4、a衰变能与衰变常数的关系
实验发现，a衰变能与衰变常数之间的经 验关系：
= aEa
86.25
其中系数a对同一个天然放射系是常数。可以 写成:
log = A 86.25 log Ea
动能之和，也就是衰变前后静止质量之差
衰变前后静止质量的质量亏损 以原子质量 M 代替核质量 m ，并忽略电子结合能
有 E0 = M Z , Ac 2 M Z 2, A 4 M 2,4c 2
或
E0 = Z , A Z 2, A 4 2,4
ZY e 2 2ma 4e ma RZY 2 E0 e xp ma 0 2 0 E0
1 log = log 2R X
4e ma RZY ZY e2 2ma 1 / 2 2 E0 E0 ma 2.3 0 4.6 0
G
ZY e 2 2ma 4e ma RZY = e xp 0 2 0 E0
衰变常数是单位时间内发生a衰变的概 率，应等于单位时间内a粒子撞击势垒的次 数n与穿透势垒的概率P的乘积。
= nP
v=
v n= 2 RX
2Ta 2 E0 ma ma
1 = 2 RX
E 虽然，0 Vc ( R) 但根据量子力学的势垒穿透理论，
即使能量较低，但a粒子总有一定概率P穿透势垒。
“隧道效应”
按量子力学势垒穿透理论，a粒子穿透 势垒的概率为：
P=e
2 2 其中 G =
G
R
b
V (r ) E0 dr
为a粒子和子核的折合质量.
经过推导，其中有近似
P=e
即：衰变常数随a粒子能量剧烈变化。
部分偶偶核从基态到 基态的a衰变半衰期与a 粒子能量的关系。
log T1 2 = bE
1 2 0
a
1 2 0
log = A BE
衰变常数
ห้องสมุดไป่ตู้
衰变能E0
a
单位时间逃出概率 逃出后能量
a粒子与核的相互作用 a粒子在核中受到的势垒
Vc (R)
2ZY e 2 4 0 r
M X (M Y M He ) = 0.0058u
E0 = 0.0058 931.5 = 5.402MeV
M>0，E0>0，可以发生a衰变。 又如， 64Cu60Co a 原子质量分别为：63.9298u，59.9338u，4.0026u。
M X (M Y M He ) = 0.0084u
那么：
ma va ma 1 1 1 2 TY = mY vY = ( ma va )vY = ma va = Ta 2 2 2 mY mY
ma TY = Ta mY
ma 所以： E0 = Ta TY = 1 m Y 4 A Ta 1 Ta Ta = A4 A4
质子发射：原子核自发发射质子的现象。
b稳定线附近核素的最后一个质子的结合能Sp 总是正值，因而不能自发地发射质子 远离b稳定线的缺中子核，N/Z很小，可能出 现Sp<0的情况，自发地发射出质子。 竞争过程是b放射性和轨道电子俘获。 通过计算质子穿透库仑势垒的几率，可以得到 质子发射的半衰期，一般小于a衰变的半衰期。
3) E0 变化一点， 变化很大。
5、其他重粒子衰变
由衰变能与母核、子核之间的关系：
E0 = mX (mY mh )c
2
其中， mX是母核质量， mY是子核质量，mh是 衰变发射出粒子的质量。 从能量守恒看，只要E0>0，就有可能发生发 射该粒子的情况： 质子放射性； 中子放射性； 其它重粒子放射性。
A E0 Ta A4
可以通过测量 a 粒子的能量 得到a 衰变能。
3、a衰变能与核能级的关系
什么叫核能级?
什么是a 能谱?
A Z Parent
X
A 4 Z 2 TY1 Daughter
a
Y Y Y
Ta1
a
TY2 Daughter
A 4 Z 2 TYn Daughter
A 4 Z 2
0.112
0.239 0.307
0.112
0.242 0.197+ 0.112
19%
1.7% 0.6%
子核能级
A Z Parent
X
A 4 Z 2 TY1 Daughter
Y Y Y
Ta1
a
A Z Parent
X
A 4 Z 2 TY2 Daughter A 4 Z 2 TYn Daughter
log = log = AE
1/ 2 0
B
A log = log = B E0
ZY e 2ma A= 4.6 0
2
1 B = log 2R X
2 E0 ma
4e ma RZY 2.3 0
给出了衰变常数和衰变能之间的定性关系： a衰变的衰变常数随发射的a粒子的能量而剧 烈变化，a粒子能量越高的衰变常数就越大。 与实验结论一致。 1) A、B对同一元素为常数，近似仅与Z有关。 2) 此公式仅对偶偶核符合好。
b稳定线上原子核的a衰变能随A的变化曲线
2、a衰变过程中a粒子的动能
Before
A Z Parent
X
After
A 4 Z 2 TY Daughter
a
Y
Ta
衰变前，母核X静止，根据能量守恒定律：
E0 = Ta TY = [mX (mY ma )]c
mY vY = ma va
2
衰变前，母核X静止，根据动量守恒定律：
Ta2
a
A Z
X
Parent
Tan
多能级母核到子核基态的不同a衰变能反映 了母核的多个能级，且能级能量可以求出.
例子：已知
212 84
Po 的衰变数据求母核能级
Ta E0
8.954 9.682 10.633 10.753
E0- E0(a0)
0 0.728 1.679 1.799
Eg
0.727 0.953+0.727 1.800
Ta2
a
Tan
单一能级衰变的母核的不同a衰变能 反映了子核有多个能级，且能级能量可以 由 a 衰变能求出。
例子：已知
226 90
Th的衰变数据求子核能级
Ta
a0 6.330
E0
6.444
E0(a0)-E0
0
Eg
相对强度
79%
a1
a2 a3
6.220
6.095 6.029
6.332
6.205 6.137
质子发射是研究远离β稳定线核素 的重要领域。
14C发射 24Ne发射 28Si发射
223 88
Ra Pb C
209 82 14 6
232 241
U Ne
24 28
Am Si
重离子放射性的研究可以提供重 离子发射机制和核结构的信息。
a 衰变放出的a粒子能量在4～9 MeV范围 a 衰变半衰期范围很宽，10-7s～1015a
1、a衰变能及a衰变发生的条件
2、a衰变过程中a粒子的动能
3、a衰变能与核能级的关系
4、a衰变能与衰变常数的关系 5、其它重粒子的衰变
1、a衰变能及a衰变发生的条件
Before
A Z Parent
X
After
a 衰变发生的条件：
E0 0
M X Z , A MY Z 2, A 4 M He 2,4
衰变前母核原子质量必须大于衰 变后 子核原子质量 和 氦原子质量 之 和。
例如， 210Po206Pb a 原子质量分别为：209.9829u，205.9745u，4.0026u。
a衰变能还可用质量亏损m表示
E0 = (mY ma mX )c 2 = BY Ba BX
假设结合能随(Z, A)的变化是平滑的 E0 B Ba = B Z B A Ba
Z A
代入结合能半经验公式，可得到a衰变能随(Z, A)的变化关 系E0(Z, A)