原子核衰变、人工转变

原子核的衰变、原子核的人工转变
一、天然放射现象
1、天然放射现象
物质放射出α射线、β射线、γ射线的性质，叫做放射性，具有放射性的元素叫放射性元素。

1896年法贝克勒耳首先发现天然放射现象，后居里·夫妇发现钋P
O 和镭R
a。

物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。

元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，
具有放射性的元素称为放射性元素。

2、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，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。

3、射线种类与性质
那这些射线到底是什么呢？把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。

在射线经过的空间施加磁场，发现射线
①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。

这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。

②根据左手定则，可以判断α射线都是正电荷，β射线是负电荷。

③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质。

α射线：氦核流速度约为光速的 1/10。

贯穿本领最小，但有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用也很强；
β射线:高速运动的电子流。

速度接近光速，贯穿本领很强。

很容易穿透黑纸，甚至能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用比较弱。

γ射线：为波长极短的电磁波。

性质非常象Ｘ射线，只是它的贯穿本领比Ｘ射线大的多，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用却很小。

电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原
子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所
①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。

不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。

②天然放射现象：表明原子核存在精细结构，是可以再分的
三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。

二、放射性元素的衰变
1、原子核的衰变
原子核的衰变：原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。

常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变叫α衰变，放出β粒子的衰变叫β衰变，γ射线是随着α射线或β射线的放出而产生的。

2、α衰变
铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核--钍234核。

那这种放出α粒子的衰变叫做α衰变。

这个过程可以用衰变方程式来表示：
23892U →23490Th+4
2He
3、β衰变
钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa （镤），那它进行的是β衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？β粒子用0-1e 表示。

钍234核的衰变方程式： 23490Th →23491Pa+0-1e
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
提问：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不象α衰变那样容易理解，因为核电荷数要增加，学生会问为什么会增加？哪来的电子？
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：10n →11H ＋0-1e 这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。

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。

4、γ辐射
原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。

放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，往往蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来，因此，γ射线经常是伴随α射线和 β射线产生的，当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时就会伴随着γ辐射（没有γ衰变）。

这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β和γ三种射线。

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。

5、衰变方程式遵守的规律
α衰变：e M Z M Z H Y X 4242+→-- α衰变规律：A Z X →
A-4Z-2Y+4
2He β衰变：e Y X M Z M Z 011-++→ β衰变规律：A Z X →A Z +1Y+0-1e
（1）核反应遵从的规律 ①质量数守恒
②电荷数守恒 ③动量守恒； ④能量守恒.
（2）半衰期：
说明：1. 中间用单箭头，不用等号；
2. 是质量数守恒，不是质量守恒;
β 衰 变
新核电荷数增加质量数不变1⎧⎨⎩
1.意义： 表示放射性元素衰变快慢的物理量
2.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 不同的放射性元素其半衰期不同．
3.公式：经过n 个半衰期(T)其剩余的质量为：
质量与原子个数相对应，故经过n 个半衰期后剩余的粒子数为：
τ
t N N ⎪
⎭⎫
⎝⎛=210剩——衰变剩下的原子核数
四、原子核的人工转变 1、质子的发现：
早在1915年，卢瑟福的学生马斯登就观察到了用α粒子轰击氮气时会产生长射程粒子，一种可能的解释是这种粒子是氢核，因为这里是用α粒子轰击氮时常常出现的现象。

卢瑟福没有轻易作出结论，而是耐心地进行实验研究，以便弄清那些粒子到底是氮核、氦核还是氢核，实验要在荧光屏前观察和设计微弱的闪烁，条件是相当艰苦的，经过了三年多的时间，在1919年夏，他才总结了α粒子与氮原子的碰撞现象，对氮原子核的人工转变作了无可置疑的结论。

其核反应方程是：N+He→O+H
2、中子的发现：
1920年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把这种粒子叫中子。

在中子发现之前，摆在物理学家们面前的问题是：要么α粒子轰击铍发出的是γ光子，它在跟质子的碰撞中能量和动量不再守恒；要么α粒子轰击铍发出的射线不是γ光子而是一种新粒子。

在约里奥·居里夫妇的实验中，中子已经出现了，但他们不能识别它。

查德威克运用了能量和动量守恒定律，科学地分析了实验结果，终于发现了中子。

发现中子的核反应方程是：Be+He→C+n
中子不带电荷，它与各种物质粒子不发生静电作用，很容易接近甚至打进原子核。

3、原子核的组成：
原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，质子带一个单位的正电荷，中子不带电，质子和中子的质量几乎相等，都等于一个质量单位，所以原子核的电荷数就等于它的质子数，原子核的质量数就等于它的质子数和中子数之和。

具有相同质子数的原子，它们核外的电子数也相同，因而有相同的化学性质，属于同一种元素，但它们的中子数可以是不同的，这些具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称为同位素。

注意：
①质子数相同而中子数不同的原子互称同位素：
②同种元素的不同的同位素在元素周期表上具有相同的位置（原子序数相同），他们的核电荷数相同，具有相同的化学性质：
③同一种元素的多种同位素中，有稳定的，也有不稳定的，不稳定的同位素会自发地放出α粒子、β粒子而衰变为别种元素，这种不稳定的同位素就叫放射性同位素，四十多种元素具有天然放射性同位素，各种元素都有人工放射性同位素。

02121N N N T
t
n
⎪⎭
⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=
（三）、放射性同位素及其应用
1、用中子、质子、氚核、α粒子或γ光子轰击原子核都可制取放射性同位素，氚核裂变的产物也有放射性同位素。

例：用α粒子轰击铝27：
Al+He→P+n得到的磷30具有放射性
P→Si+ e 放出正电子
2、应用
①利用放射性同位素的射线
A、γ射线探伤仪
B、电离空气消除机器中的有害静电
C、治虫育种、医疗
②把放射性同位素做为示踪原子进行监测
3、放射性污染和防护
污染：原子弹爆炸、核电站泄露、放疗剂量过大
防护：厚水泥层很厚的重金属箱、远离放射源
1、下列说法中正确的是（）
A.射线比射线更容易使气体电离
B.核反应堆产生的能量来自轻核的聚变
C.射线在电场和磁场中都不会发生偏转
D.太阳辐射的能量主要来源于太阳内部重核的裂变
2（双选）、关于天然放射现象，以下叙述正确的是（）
A.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
B.衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的
C.在、、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强
D.铀核（U）衰变为铅核（Pb）的过程中，要经过8次衰变和10次衰变
3（双选）、放射性元素能自发地放出射线，变成别的元素，同时伴随核能的释放.下列表述中正确的是（）
A.、、三种射线都是电磁波
B.在、、三种射线中电离能力最弱的是射线
C.太阳辐射的能量是由轻核聚变产生的
D.将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低其温度，它的半衰期不发生改变
4、目前，核反应产生的核能主要来源于U的裂变，则下列说法中正确的是（）
A.U原子核中有92个质子、143个核子
B.U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，核反应方程为
，说明U是由Ba和Kr组成的
C.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短
D.若一个铀核在裂变前后的质量亏损为，则其释放的核能为
5、8.放射性同位素可用来推算文物的“年龄”。

的含量每减少一半要经过约5730年。

某考古小组挖掘到一块动物骨骼，经测定还剩余1/8，推测该动物生存年代距今约为（）
A.5730×3年
B.5730×4年
C.5730×6年
D.5730×8年
6、一个氡核222
86Rn衰变成钋核218
84
Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天，1g氡经过7.6
天衰变掉氡的质量，以及222
86Rn衰变成218
84
Po的过程放出的粒子是（）
，a粒子
，a粒子
，β粒子
，β粒子
7、目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素.下列有关放射性知识的说法中正确的是（）
A.U衰变成Pb要经过6次β衰变和6次α衰变
B.三种放射线中α射线的电离本领最强，γ射线的穿透本领最强
C.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的质子转化为中子时产生的
D.β射线与γ射线一样都是电磁波，但β射线穿透本领比γ射线强
8、下列四个方程中，属于衰变的是（）
A.
B.
C.＋→＋＋
D.
9、由衰变为要经过X次α衰变和y次β衰变，其中（）
A.x＝6，y＝8
B.x＝8，y＝6
C.x＝16，y＝22
D.x＝22，y＝16
10、关于半衰期，以下说法正确的是（）
A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长。

B.升高温度可以使半衰期缩短。

C.氡的半衰期为3.8天，若有18个氡原子核，经过7.6天就只剩下4.5个。

D.氡的半衰期为3.8天，18克氡原子核，经过7.6天就只剩下4.5克氡原子核。

11（双选）、关于天然放射现象，下列说法错误的是（）
A.放射性元素的半衰期与温度无关
B.三种射线中，射线的电离本领最强，射线贯穿本领最强
C.衰变说明原子核中有电子存在
D.射线是放射性的原子核发生衰变时，原始核从高能级向低能级跃迁时产生的
12、天然放射性元素（钍）经过一系列核衰变之后，变成（铅）。

下列论断中正
确的是（）
A.铅核比钍核少23个中子；
B.铅核比钍核少24个质子；
C.衰变过程中共有4次衰变和8次β衰变；
D.衰变过程中共有6次衰变和4次β衰变。

13、关于半衰期，以下说法正确的是（）
A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长
B.升高温度可以使半衰期缩短
C.氡的半衰期为3.8天，若有18个氡原子核，经过7.6天就只剩下4.5个
D.氡的半衰期为3.8天，18克氡原子核，经过7.6天就只剩下4.5克氡原子核
14、某放射性元素经过114天有7/8的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为（）
15、按照电离能力来看，放射性元素放出的三种射线由弱到强的排列顺序是（）
A.α射线，β射线，γ射线
B.β射线，α射线，γ射线
C.γ射线，α射线，β射线
D.γ射线，β射线，α射线
16、关于、、三种射线，下列说法中正确的是（）
A.射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强。

B.射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力。

C.射线一般们随着或射线产生，它的穿透能力最强。

D.射线是电磁波，它的穿透能力最弱。

17、铀裂变的产物之一氪90()是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆
90()，这些衰变包含（）
A.1次α衰变，6次β衰变
B.4次β衰变
C.2次α衰变
D.2次α衰变，2次β衰变
18、测年法是利用衰变规律对古生物进行年代测定的方法。

若以横坐标t表示时间，
纵坐标m表示任意时刻的质量，为t＝0时的质量。

下面四幅图中能正确反映
衰变规律的是。

（填选项前的字母）
19、关于放射性元素的衰变，下列有关说法正确的是（）
A.发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4
B.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
D.氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下1个氡原子核了
20、近段时间，朝鲜的“核危机”引起了全世界的瞩目，其焦点问题就是朝鲜核电站采用的是轻水堆还是重水堆。

因为重水堆核电站在发电的同时还可以产出供研制核武器的钚
239（P
u ）。

这种P
u
可由铀239（U）经过衰变而产生，则下列判断中正确的是（）
A.P
u
与U的核内具有相同的中子数
B.P
u
与U的核内具有相同的质子数
C.U经过2次β衰变产生P
u
D.U经过1次α衰变产生P
u
1、C
2、BC
3、CD
4、D
5、A
6、B
7、B
8、B
9、B 10、D
11、CD 12、D 13、D 14、D 15、D 16、C 17、B 18、（1）C (2)B 19、B 20、C。