19.2 放射性元素的衰变(原卷版)

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Z Z －2 2 19.2 放射性元素的衰变
学习目标
1．知道α和β衰变的规律及实质。

2．理解半衰期的概念。

3．会利用半衰期进行简单的运算。

重点：1．原子核衰变的规律及实质。

2．半衰期的概念及影响因素。

难点：1．衰变的实质。

2．半衰期的概念。

知识点一、原子核的衰变
1．定义：原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。

我们把这种变化称为原子核的衰变。

2．衰变类型：一种是α衰变，另一种是β衰变，而γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的。

3．衰变过程：（1）α衰变规律：A X ―→A －
4Y ＋4He 。

（2）β衰变规律：A X―→ A Y ＋ 0e 。

Z Z ＋1 －1
4．衰变方程式遵守的规律：
（1）遵守三个守恒：①质量数守恒；②核电荷数守恒；③动量守恒。

（2）任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性（伴随的γ射线除外）。

5．对α衰变和β衰变的实质的正确理解
（1）原子核的衰变：原子核放出α粒子或β粒子后就变成了新的原子核，我们把这种变化称为原子核的 衰变。

α粒子、β粒子及γ射线都是从原子核里发射出来的，但不能认为原子核是由这些粒子组成的，原子核
是由质子和中子组成的。

（2）α衰变的实质：21n＋21H―→4He，是原子核中的2 个质子和2 个中子结合在一起发射出来的。

0 1 2
（3）β衰变的实质：1n―→1H＋0e，是原子核内的一个中子变成一个质子和电子，从而放出高速电子
0 1 －1
流。

原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的。

当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子。

这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。

β粒子用0e 或0p 表示。

钍234 核的衰变方
－1 －1
程式：234Th―→234Pa+ 0e。

可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。

90 91 －1
衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会改变但核电荷数应加1。

（4）γ射线：是伴随α衰变或β衰变产生的，γ射线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能量（核处于激发态）而辐射出γ光子。

γ射线本质是能量，不能单独发生。

任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性（伴随的γ射线除外）。

【题1】对天然放射现象，下列说法中正确的是
A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的
B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子
C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的
D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的
【题2】原子核发生β衰变时，此β粒子是
A．原子核外的最外层电子B．原子核外的电子跃迁时放出的光子
C．原子核外存在着的电子D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出的一个电子
Z Z ′ 6．确定衰变次数的方法
（1）题境：设放射性元素 A X 经过 n 次α衰变和 m 次β衰变后，变成稳定新元素 A ′Y 。

（2）反应方程：A X―→A ′Y ＋n 4He ＋m 0e Z Z ′ 2 －1
（3）根据电荷数和质量数守恒列方程 A ＝A ′＋4n Z ＝Z ′＋2n －m
两式联立解得：n A －A ′ ＝ 4 A －A ′ m ＝ ＋Z ′－Z 。

2
7．写核反应方程的基本原则：是质量数守恒和电荷数守恒，依据这两个原则列方程就可确定α衰变和β 衰变的次数，根据每发生一次α衰变新核的质子数和中子数均比原来的核少 2，每发生一次β衰变中子数少 1， 质子数多 1，就可计算多次衰变后的核与原来核的质子数和中子数的差值，也可根据其核电荷数和核质量数进行推算。

【特别提醒】①核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化（质量亏损）而释放出核能。

②当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。

③为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。

【题 3】如图为α衰变、β衰变示意图。

【题4】238U 核经一系列的衰变后变为206Pb 核，问：
92 82
82 92
（3）综合写出这一衰变过程的方程。

【题5】某放射性元素经过 6 次α衰变和8 次β衰变，生成了新核。

则新核和原来原子核相比
A．质子数减少了12 B．质子数减少了20
C．中子数减少了14 D．核子数减少了24
知识点二、半衰期
1．意义：半衰期表示放射性元素的衰变的快慢
2．定义：放射性元素的原子核，有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。

同一放射元素具有的衰变速率一定，不同元素半衰期不同，有的差别很大。

3．公式N
t
1
余
＝N
原
（
2
t
1
，m
余
＝m
原
（
2
，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原子数或质量，t 表示衰变时间，T 表示半衰期。

）T）T
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，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核。

例如、数学上的概率问题：（抛硬币）将1万枚硬币抛在地上，那正反两面的个数大概为5000对5000，但就某个硬币来看要么是正面，要么是反面。

这个事实告诉我们统计规律的对象仅仅对大量事实适用，对
个别不适用。

5．影响因素：元素的半衰期反映的是原子核内部的性质，与原子所处的化学状态和外部条件无关。

一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者加压，增温均不会改变。

如，镭226→ 氡222 的半衰期为1620 年；铀238→钍234 的半衰期为4.5 亿年。

6．应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间。

【题6】14C 是一种半衰期为5730 年的放射性同位素。

若考古工作者探测到某古木中14C 的含量为原来1
，则该古树死亡时间距今大约
的
4
A．22920 年B．11460 年C．5730 年D．2865 年
【题7】心血管专科医院引进一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，方法是将若干毫升含放射性元素
锝的注射液注入被检测者动脉，经40 分钟后，这些含放射性物质注射液通过血液循环均匀地分布在血液中，
这时对被检测者心脏进行造影。

心脏血管正常位置由于有放射性物质随血液到达而显示出有射线射出；心脏血管被堵塞部分由于无放射性物质到达，将无射线射出。

医生根据显像情况就可以判定被检测者心血管有
无病变，并判断病变位置。

你认为检测用的放射性元素锝半衰期应该最接近下列数据中的A．10 分钟B．10 小时C．10 个月D．10 年
【题8】关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是
A．原子核全部衰变时间的一半，是半衰期C．原子核质量数减半的时间是半衰期
B．原子核有半数发生衰变需要的时间是半衰期
D．若有10 个原子核，经过一个半衰期，一定有5 个原子核发生衰变
【题9】下列有关半衰期的说法正确的是
A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速度越快B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短C．把放射性元素放在密闭的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度
D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减缓衰变的速度。