22原子核的放射性衰变及应用
原子核的稳定性和放射性衰变
原子核的稳定性和放射性衰变原子核是物质的基本组成单位，由质子和中子组成。
在自然界中，有些原子核非常稳定，能够长时间存在而不发生变化，而有些原子核则不稳定，会发生放射性衰变过程。
原子核的稳定性和放射性衰变是深入研究原子核物理的重要内容。
一、原子核的稳定性原子核的稳定性主要取决于两个因素：质子和中子的相互作用和能量状态。
1. 质子和中子的相互作用质子和中子之间通过强相互作用力相互吸引，使得原子核能够维持形状。
质子与质子之间的库伦斥力会试图将原子核推开，但通过强相互作用力的吸引，使得原子核保持相对稳定。
当质子数量增加时，库伦斥力增强，而强相互作用力的吸引相对减弱，因此原子核变得不稳定。
2. 能量状态原子核中的质子和中子的能量状态对其稳定性也有影响。
根据泡利不相容原理，质子和中子需要占据不同的能级。
当原子核中的质子和中子数量达到某个特定值时，会出现一个稳定的结构。
这就是所谓的“魔数”，如氦核（4He）和铅核（208Pb）都是魔数核。
二、放射性衰变放射性衰变是指不稳定原子核自发地转变成稳定或者更低能级的核的过程。
放射性衰变会伴随着放射性射线的发射，包括α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变α衰变是指原子核放出一个α粒子的过程，其中α粒子由两个质子和两个中子组成。
α衰变会导致原子核质量数减少4，原子序数减少2。
这种衰变形式常见于质子数较大的原子核，如铀核（238U）衰变为钍核（234Th）。
2. β衰变β衰变分为β-衰变和β+衰变两种形式。
β-衰变是指原子核一个中子转变为质子，同时放出一个电子（β粒子）和一个反电子中微子。
β+衰变则是指一个质子转变为中子，同时放出一个正电子（正β粒子）和一个电子中微子。
这种衰变形式常见于原子核中质子和中子的不平衡，如碳核（14C）衰变为氮核（14N）。
3. γ衰变γ衰变是指原子核处于激发状态时通过放出高能γ射线回到基态，释放出能量的过程。
γ衰变不改变原子核的质量数和原子序数，只影响能量状态。
放射性衰变原理：原子核自发地放射出射线或粒子的过程
放射性衰变原理：原子核自发地放射出射线或粒子的过程引言放射性衰变是一种自然现象，指的是原子核自发地放射出射线或粒子的过程。
这一过程是不可逆的，且其速率是不受外界因素影响的。
放射性衰变具有重要的科学和实际意义，是现代核物理研究的基石之一。
本文将介绍放射性衰变的基本原理、衰变类型以及其在科学和技术领域的应用。
第一章放射性衰变的基本原理放射性衰变是指放射性同位素在一定时间后自发地变为其他同位素的过程。
这一过程是由于原子核中的粒子重新排列所导致的。
在原子核中，质子和中子通过强相互作用相互结合形成核力，而核力的作用范围仅限于原子核的范围内。
然而，核力无法克服质子之间的静电排斥力，因此原子核中的质子和中子的数量要保持相对平衡。
当一个原子核的质子和中子之间的平衡被打破时，核力无法维持核的稳定，于是核会经历衰变。
放射性衰变的过程可以分为三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
在α衰变中，原子核会放出一个α粒子，即由两个质子和两个中子组成的氦离子。
在β衰变中，质子会转化为中子或中子会转化为质子，同时放出一个β粒子，即高速运动的电子或正电子。
γ衰变是指原子核通过放出γ射线来释放能量。
第二章放射性衰变的衰变类型α衰变是放射性同位素最常见的衰变类型之一。
许多重元素的同位素会经历α衰变来变得更稳定。
α衰变的过程中，原子核的质量数减少4，原子序数减少2。
这种衰变过程释放出大量的能量，因为α粒子具有很高的动能。
α粒子的质量很大，因此其穿透能力较弱，很容易被阻挡。
β衰变是指原子核中的一个质子或中子转化为另一种粒子的过程。
在β衰变的过程中，质子转化为中子时会放出一个正电子，而中子转化为质子时会放出一个电子。
这种衰变过程是由于弱相互作用所导致的，释放的能量相对较小。
β粒子具有较高的速度和较小的质量，因此其穿透能力比α粒子要强。
γ衰变是放射性同位素中最常见的衰变类型。
在γ衰变中，原子核并不改变其质子和中子的数量，而是通过释放γ射线来释放能量。
放射性衰变与核能的利用
放射性衰变与核能的利用放射性衰变是指某些原子核内部的粒子重新排序，产生其他元素或粒子的过程。
它是一种自然现象，且具有一定的规律性。
核能则是指通过利用放射性衰变过程中释放出的能量，进行能量转换和利用的技术。
本文将从放射性衰变的原理、放射性同位素的应用、核能的利用和发展前景等方面进行详细介绍。
一、放射性衰变的原理放射性衰变是由核内粒子的不稳定排列导致的，有三种常见的衰变方式，分别为α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变指的是某个原子核释放出两个中子和两个质子，形成一个新的元素，同时伴随着放出一定的能量。
β衰变指的是原子核中的一个中子衰变成一个质子和一个电子，其中的一个中子转化为了一个质子，同时释放出一个电子和一个反中微子。
γ衰变是由于原子核能级的变化引起的，此过程中不伴随放出任何粒子。
二、放射性同位素的应用放射性同位素广泛应用于科学研究、医疗诊断和治疗、工业检测等领域。
例如，放射性同位素碳-14在考古学研究中可以用于测定古物的年龄；锕系元素放射性同位素可以用于放射性治疗、癌症诊断以及放射性示踪等。
此外，放射性同位素还可以用于食品灭菌、纸张和塑料产品检测以及工业流程监控等领域，为人们提供了很多便利与效益。
三、核能的利用核能利用是指将放射性衰变产生的能量转化为其他形式的能量，如电能或热能的过程。
将核能转化为电能的方式主要有核反应堆和核电站。
核反应堆是利用放射性同位素进行控制的，将其放置在反应堆中进行核裂变或核聚变的过程，根据不同的设计和反应物质具体可分为沸水堆、压水堆、重水堆等。
核电站通过核反应堆产生热能，再通过蒸汽涡轮机发电，并将其输送到电网供人们使用。
此外，核能还可以应用于核动力航空母舰、核动力潜艇、核动力火箭等领域。
核能具有高能量密度、资源广泛、污染低等优点，因此在以后的能源发展中具有重要的地位。
四、核能的发展前景核能作为一种清洁、高效能源具有巨大的潜力和发展前景。
尽管核能发展伴随着一定的风险和安全隐患，但通过科学技术的不断进步和安全措施的加强，可以最大程度地降低风险。
新教材高中物理第五章原子核第2节放射性元素的衰变课件新人教版选择性必修第三册
1.知道原子核的两种衰变类型、衰变规律及实质。 2.理解半衰期的概念及决定因素，会利用半衰期解决相关问题。 3.知道放射性同位素，了解其应用与防护。 4．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。
一、原子核的衰变 1．填一填 (1)定义：原子核自发地放出 α 粒子或_β 粒子，变成另一种原子核的变化。 (2)α 衰变
mA＝122TTm0＝14m0
B 剩余的质量 mB＝1222TTm0＝12m0
所以mmAB＝12，故选项 B 正确。 答案：B
3．[多选]日本福岛核电站核泄漏事故中的污染物中含有碘 131，碘 131 不稳
定，发生 β 衰变，产生对人体有危害的辐射，其半衰期为 8 天，关于碘 131，
下列说法正确的是
[解析] (1)设29328U 衰变为28026Pb 经过 x 次 α 衰变和 y 次 β 衰变。由质量数 守恒和电荷数守恒，可得
238＝206＋4x 92＝82＋2x－y 解得 x＝8，y＝6 即一共经过 8 次 α 衰变和 6 次 β 衰变。 (2) 20862Pb 比29328U 的质子数少 92－82＝10 中子数少(238－92)－(206－82)＝22。 (3)核反应方程为：29328U→20862Pb＋842He＋6－1 0e。 [答案] (1)8 次 α 衰变 6 次 β 衰变 (2)10 22 (3)29328U→28026Pb＋842He＋6－1 0e
[易错警示] 关于半衰期的两个误区
(1)错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核衰变到稳定核所经历的 时间。其实半衰期是大量的原子核发生衰变时的统计规律。
(2)错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的 时间，该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的 差别。其实衰变后的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的质量。
《原子核和放射性》课件
放射性治疗
利用放射性核素释放的 射线对肿瘤进行照射， 杀死癌细胞或抑制其生 长。
放射性药物
利用放射性核素标记的 药物，如碘-131治疗甲 状腺疾病，以及正电子 发射断层扫描（PET） 药物用于诊断肿瘤等疾 病。
工农业应用
放射性测井
01
利用放射性核素标记的示踪剂检测石油和天然气储层，提高油
气勘探的效率和准确性。
核物理实验
利用放射性核素产生的射线进行核反应研究，探索原子核的结构 和性质，推动核物理学的发展。
地质年代学
利用放射性核素的衰变规律测定岩石和矿物的年龄，研究地球的 形成和演化历史。
05
CATALOGUE
放射性的防护与安全
放射性防护的原则与措施
放射性防护原则
采取一切合理措施，保护工作人员和 公众免受放射性危害，并尽可能减少 放射性照射。
放射性
某些不稳定原子核会自发地释放出射 线，这种现象称为放射性。
半衰期
放射性同位素的应用
在医学、工业、科研等领域有广泛应 用，如放射性治疗、工业探伤、放射 性示踪等。
放射性衰变过程中，一半原子核发生 衰变所需要的时间。
02
CATALOGUE
放射性及其来源
放射性的定义
放射性
是指物质能够自发地放出 射线，并从原子核内部释 放出能量。
遵循国家和地方政府的放射性安全标准和 法规，确保放射性设施建设和运行符合相 关要求。
按照国家规定申请和办理放射性工作许可 证，确保合法合规开展放射性工作。
监测与记录
应急预案
定期对工作场所和设备进行放射性监测， 并做好监测数据的记录和分析，及时发现 和解决潜在问题。
制定和实施放射性事故应急预案，确保在 发生事故时能够迅速、有效地应对，减轻 事故后果。
原子核衰变及其应用
原子核衰变及其应用原子核衰变是指原子核内部的粒子排列发生变化，导致原子核从一个能级转变为另一个能级的过程。
在核衰变过程中，发生放射性衰变的原子核会释放出不稳定的粒子，如α粒子、β粒子和伽玛射线等。
原子核衰变是一个自发的过程，它可用于多个领域和应用，包括核能、医学、环境保护和基础科学研究等。
首先，原子核衰变在核能领域具有重要的应用。
核能是一种清洁且高效的能源来源，原子核衰变是核能发电的基础原理之一。
通过控制和利用放射性衰变，核反应堆可以产生持续的热能，用于发电。
核能发电具有能源密度高、排放低、燃料资源丰富等优势，并且不会产生二氧化碳等温室气体，因此被广泛应用于各个国家的能源供应中。
其次，原子核衰变在医学领域也起着重要的作用。
放射性同位素可以作为医学放射线和放射性药物的源头。
例如，钴-60同位素广泛应用于外科手术中，用于照射和治疗肿瘤。
放射性同位素在医学影像中也具有重要意义，通过探测放射线的吸收和散射情况，可以得到身体内部的图像，帮助医生诊断疾病。
此外，核药物的应用也在不断拓展，如甲状腺扫描中使用的碘-131同位素，以及针对癌症和其他疾病的治疗方法。
原子核衰变还在环境保护中发挥着重要的作用。
核技术可以用于放射性物质的检测、追踪和监测。
例如，放射性同位素碘-131可以用于监测海洋污染程度，通过跟踪碘同位素的分布，了解污染物的来源和扩散情况。
此外，核技术还可以用于处理放射性废物和核废料，通过控制和转化核废料，减少对环境和人类健康的危害。
原子核衰变对基础科学研究也至关重要。
通过对原子核衰变的研究，科学家可以了解更多关于原子核内部结构和物质变化的知识。
例如，研究β衰变的特性可以帮助我们更好地理解基本粒子之间的相互作用和弱相互作用的性质。
这些基础研究对于推动物理学、化学和天文学等领域的发展具有重要意义。
尽管原子核衰变在多个领域具有广泛的应用，但同时也存在一定的风险和挑战。
放射性同位素的使用需要严格的安全措施和管理，以避免对人体和环境造成伤害。
第2章-原子核的放射性与衰变-2
电磁辐射谱
γ 射线：波长很 短的电磁辐射
—频 式中，h—普朗克常数； 率(Hz)；c—光速，是射线在真空 中的传播速度；—波长。
•
能量： E h
hc
γ射线的产生：来自于原子核的γ衰变
α衰变形成的子核： 往往处于激发态，不稳定，退激过程放出γ 射线
+ + + + + + + + +
• 都具有干涉、衍射等波动性；
• 都是一种粒子流； • 射线与X射线产生的方式不同；
• 射线与X射线的能量范围不同（由 E h
hc
决定）；
Electromagnetic radiation (电磁辐射) of Energy E<40KeV is denoted as X-ray. Gamma rays comprise that of the electromagnetic spectrum where E>40KeV.
原子核跃迁时，发射光子和内转换电子的总跃迁概率， 应是这两种过程的跃迁概率之和，即：
e (1 )
各个壳层的内转换系数：
用NK,NL,NM,…分别表示单位时间内发射的K,L,M,…层的 内转换电子数，则定义相应于各个壳层的内转换系数为：
E Ee (i) Wi
实例1—由Ee(i)求E的值 ：
E Ee (i) Wi
137m 56 137m 56 Ba 137 Ba e 56 Ba 137 56 Ba
实验测得137Ba的K层内转换电子的动能Ee(K)=624.2KeV， 查表得WK=37.4KeV，则得137Ba的跃迁的能量，即激发态的能 量： E=624.2+37.4=661.6KeV。 • 采用Ee(i)求解E的优点：
原子核衰变的放射性
原子核衰变的放射性放射性是指某些核素自发地发射出射线或粒子放射能量的性质。
放射性现象在自然界普遍存在，也可以通过人工手段实现。
其中，原子核衰变是放射性现象的重要表现形式之一。
本文将就原子核衰变的放射性进行详细探讨。
一、原子核衰变的基本概念及分类原子核衰变是指放射性核素在自然条件下由一种核转化为另一种核的过程。
在原子核衰变过程中，放射射线或粒子释放出能量，实现核素的转变。
原子核衰变可分为三类：α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变α衰变是指某些放射性核素的原子核放出α粒子（即氦核，由两个质子和两个中子组成，具有+2电荷）的过程。
α衰变会使原子核的质量数减少4、原子序数减少2。
例如，铀-238（238U）发生α衰变后变成钍-234（234Th）。
α衰变通常发生在较重的原子核中。
2. β衰变β衰变是指原子核中的中子或质子转变成一个电子或正电子的过程。
β衰变可分为β-衰变和β+衰变。
其中β-衰变是指一个中子转变为一个质子、一个电子和一个反中微子，而β+衰变是指一个质子转变为一个中子、一个正电子和一个中微子。
β衰变会使原子核的质量数不变，原子序数增加1或减少1。
例如，钴-60（60Co）发生β-衰变后变成镍-60（60Ni）。
3. γ衰变γ衰变是指放射性核素发生原子核状态的跃迁，释放出γ射线的过程。
γ射线是电磁波，具有高能量和无电荷。
γ衰变不改变原子核的质量数和原子序数。
γ射线的产生常伴随其他衰变方式（如α衰变和β衰变）的发生。
二、原子核衰变的特点及应用原子核衰变具有一些特点，这些特点使其在科学研究和实际应用中发挥重要作用。
1. 随机性原子核衰变是一个随机的微观过程，不受外界条件的影响，并且每个放射性核素的衰变速率是固定的。
这使得科学家们能够通过观测某单位时间内放射性核素的衰变数目来测量样品的放射性活度。
2. 放射性测量基于原子核衰变的放射性现象，科学家们发展出了一系列用于测量和监测放射性物质的技术和方法。
第2章 原子核与放射性衰变
2.3.5 放射性活度
定义：放射性源在单位时间内发生衰变的 核的个数，单位是贝可(勒尔)。
1Bq=1/s 物理意义：反映射线源的产生射线的强度 常用单位为居里(Ci)
1Ci=3.7×1010次核衰变/s 注意：活度不等于射线强度。对同一种放
射性元素，活度大的源其射线强度也大， 但对不同的放射性元素，不一定存在该关 系。
2.4.4 电子跃迁与原子核跃迁比较
比较 电 子： 轨道能级跃迁 eV~keV 原子核： 原子核能级跃迁 MeV(不同数量级)
2.5 衰变纲图
综合反映某核素放射性衰变的主要特征和数的示 意图。
穿透物体的能力很小，在空气中也只能飞 行几个厘米，但具有很强的电离能力。
α衰变分析
能量守恒：Eα,Eγ分别为粒子动能和子核反冲动能
mX c2 mY c2 m c2 E Er
α衰变的衰变能：Eα,Eγ之和
E0 E Er mX (mY m ) c2
不定的正整数)，因此又叫4n+2族。
145 140
238 U
234 Th
234 Pa
234 U
230 Th
226 Ra
222 Rn
N 135
218Po
214 Pb
215 At
130
210 Tl
214 Bi
214 Po
210 Pb
125
206 Tl
210 Bi
210 Po
206 Pb
80
85
90
95
Z
2.4 典型放射性衰变
衰变遵循规则：衰变前粒子的电荷总数和 质量总数与衰变后所有粒子的电荷总数和 质量总数相等。 衰变
原子核衰变与半衰期 放射性的应用与防护
2.半衰期的长短与什么因素有关？
3.半衰期描述的对象是大量的原子核还 是 个别原子核？
福建省罗源第一中学
四.衰变快慢——半衰期
放射性元素衰变的快慢有一定的规律。
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．
福建省罗源第一中学
点石成金不可能实现，果真是这样？到 了20世纪，科学昌盛了，于是，科学家又重新 想起，要圆当年炼金家“点石成金”的梦。
问题：给同学们以下信息，作为当代的炼 金术士，你有方法实现前人的夙愿么？
利用高能的γ射线来照射某种金属元素时， 这种金属元素的原子核便会失去一个质子，转 变成原子序数比它小1的金属元素。
打开元素周期表，观察金原子序数与汞原 子序数的关系。
福建省罗源第一中学
根据上述设想，日本科学家松本高明进行了一 次大型实验，将1.34t汞放在一个特制的容器中 ，然后用五千万电子伏特的γ射线照射汞，照射 时间为70天，最后得到74kg的黄金。
看来，真的可以通过直接改变原子核质子数， 来创造新原子！
在放射性元素的原子核中：
转化
和
中子
质子 电子
衰变
3、γ衰变的本质 原子核的能量也是量子化的，α衰变、 β衰变产生的新核往往处于高能级， 它们向低能级跃迁时辐射γ光子。 γ 衰变总是伴随α射线和β射线而产生。 γ射线的本质是能量。 γ射线不能单独发生。
U 从 235 到 92 变？
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
U238发生 α衰变时变为（钍）Th234
U 238
92
4 2
He
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
原子核衰变与放射性测量
原子核衰变与放射性测量原子核衰变是物质中原子核变化的过程，涉及原子核的放射性。
放射性测量是通过测量放射性物质的特性，来评估其衰变和放射性水平的过程。
本文将介绍原子核衰变和放射性测量的基本原理、方法和应用。
一、原子核衰变的基本原理原子核是构成原子的基本单位，由质子和中子组成。
原子核衰变是指原子核内部粒子的转变过程，通过核反应释放出能量。
1.1、放射性同位素放射性同位素是具有不稳定核结构的同位素，它们的核子数超过了最稳定同位素的范围。
放射性同位素会自发地发生衰变，释放出射线和粒子。
1.2、衰变方式原子核衰变有三种主要方式：α衰变、β衰变和γ衰变。
- α衰变：原子核放出一个α粒子，即两个质子和两个中子的结合体。
- β衰变：原子核释放出一个β粒子，可以是一个电子（β-衰变）或一个正电子（β+衰变）。
- γ衰变：原子核释放出高能的γ射线，具有电磁波特性。
1.3、衰变定律原子核衰变遵循放射性衰变定律，即衰变速率与剩余放射性核素的数量成正比。
可以用衰变常数λ来描述衰变速度，衰变常数与半衰期T1/2有关。
二、放射性测量的方法放射性测量是通过测量放射性物质的射线或粒子的特性，来判断其衰变和放射性水平的过程。
常用的放射性测量方法包括：2.1、电离室计数法电离室计数法是通过测量放射性物质离子产生的电离电流来间接估计其放射性水平的方法。
电离室计数器可以对α、β、γ等射线进行计数和测量。
2.2、闪烁体计数法闪烁体计数法是利用闪烁体（如钠碘晶体、钙钛矿晶体）对射线或粒子进行计数和测量的方法。
射线或粒子与闪烁体相互作用产生的光信号被光电倍增管放大并计数。
2.3、核测量法核测量法利用核探测器对放射性物质进行计数和测量。
核探测器可以直接测量射线或粒子的性质和能量，如半导体探测器、气体探测器等。
三、放射性测量的应用放射性测量在以下领域具有广泛应用：3.1、医学领域放射性同位素的脉冲排量法、衰变法等方法可以用于测量生物体内的放射性物质和放射性药物的代谢过程，了解疾病的进展和治疗效果。
原子核和放射性衰变的应用
原子核和放射性衰变的应用原子核是构成物质的基本单位，它的稳定性和活动特性对科学研究和应用起着重要作用。
放射性衰变是原子核不稳定性的一种表现，它在医学、能源、环境等领域都有着广泛的应用。
本文将讨论原子核和放射性衰变的基本特性以及它们在不同领域的具体应用。
一、原子核的基本特性原子核是由质子和中子组成的，质子带有正电荷，中子不带电荷。
原子核的大小约为10^-15米，相对于整个原子体积来说非常小。
原子核的质量主要由中子和质子的质量决定，而原子核的电荷则由其中的质子数决定。
原子核的稳定性与质子数与中子数之间的比例有关，稳定的原子核往往具有适当的质子数和中子数。
二、放射性衰变及其类型放射性衰变是由于原子核的不稳定性导致的自发放射能量释放过程。
放射性衰变分为α衰变、β衰变和γ衰变三种类型。
1. α衰变α衰变是原子核放射出一个α粒子的过程，其中α粒子由两个质子和两个中子组成。
α衰变通常发生在质子数较大的重元素中，通过放射出α粒子，原子核的质量减小而变得更加稳定。
2. β衰变β衰变包括β+衰变和β-衰变两种形式。
在β+衰变中，原子核放射出一个正电子和一个中微子，而质子数减少一个；而在β-衰变中，原子核放射出一个电子和一个反中微子，同时中子数减少一个。
β衰变主要发生在质子数过多或中子数过多的原子核中，通过释放一个质子或一个中子，使原子核变得更加稳定。
3. γ衰变γ衰变是通过放射γ射线的方式释放能量，γ射线是电磁辐射的一种。
γ衰变通常发生在α衰变或β衰变之后，以调整原子核的能量并达到更稳定的状态。
三、医学应用放射性同位素在医学领域有广泛的应用。
例如，用放射性碘同位素治疗甲状腺功能亢进症，通过放射性碘的放射衰变破坏甲状腺组织，以达到治疗的目的。
放射性同位素在肿瘤治疗中也有重要作用，通过选择性地注射放射性同位素到肿瘤位置，利用放射性衰变释放的能量破坏癌细胞，从而达到治疗效果。
四、能源应用放射性同位素在核能领域有着重要的应用。
原子核的稳定性与放射性衰变
原子核的稳定性与放射性衰变在我们生活的这个世界中，原子核是构成物质的基本单位之一。
然而，并非所有的原子核都能永远保持稳定，有些原子核会发生放射性衰变，这一现象既神秘又充满了科学的魅力。
要理解原子核的稳定性，我们首先得知道原子核是由质子和中子组成的。
质子带正电荷，而中子不带电。
质子之间由于同性电荷相斥，会产生一种排斥力，但同时，质子和中子之间又存在着一种强大的相互作用，被称为强相互作用，它能够把质子和中子紧紧地束缚在一起。
原子核的稳定性取决于多个因素。
其中一个关键因素是质子数和中子数的比例。
对于较小的原子核，质子数和中子数大致相等时，原子核比较稳定。
但随着原子核中粒子数的增加，稳定的质子数和中子数的比例会发生变化。
如果这个比例不合适，原子核就可能变得不稳定。
另一个影响原子核稳定性的因素是核子的结合能。
结合能是将原子核分解为单个质子和中子所需要的能量。
结合能越大，原子核就越稳定。
一般来说，质量数较大的原子核，其结合能也相对较大，但这并不意味着它们一定稳定。
当原子核不稳定时，就会发生放射性衰变。
放射性衰变主要有三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变是指原子核放出一个α粒子，也就是由两个质子和两个中子组成的氦核。
经过α衰变，原子核的质子数减少 2 个，质量数减少 4 个。
例如，铀 238 经过一系列的α衰变最终变成铅 206 。
β衰变则分为β⁺衰变和β⁻衰变。
β⁺衰变时，原子核中的一个质子转变为一个中子，并放出一个正电子和一个中微子；β⁻衰变时，一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子和一个反中微子。
通过β衰变，原子核的质子数和中子数会发生调整，以趋向更稳定的状态。
γ衰变比较特殊，它一般不改变原子核的质子数和中子数，而是原子核在从高能态向低能态跃迁时放出γ射线，也就是高能光子。
放射性衰变是一个自发的过程，不受外界条件如温度、压力、化学环境等的影响。
而且，放射性衰变的速率通常用半衰期来描述。
半衰期是指放射性原子核数目衰变掉一半所需要的时间。
原子核衰变与半衰期：原子核衰变过程与半衰期的计算与应用
原子核衰变与半衰期：原子核衰变过程与半衰期的计算与应用原子核衰变是指原子核自发地释放粒子或能量，以达到更稳定的状态。
它是一种自然现象，在很多放射性元素中都存在。
原子核衰变的过程中，会发生不同类型的衰变，包括α衰变、β衰变和γ衰变。
这些衰变过程与半衰期密切相关。
首先，让我们来了解一下原子核中的粒子构成。
原子核由质子和中子组成，它们分别带有正电荷和中性电荷。
质子数目决定了元素的原子序数，而中子数目则决定了同位素的性质。
有些核素对于保持稳定状态来说，质子数和中子数要相等，这样的核素就是稳定核素。
然而，有些核素的质子数或中子数不平衡，它们会通过衰变来恢复平衡。
δ衰变是一种常见的原子核衰变形式。
在α衰变中，原子核会释放出一个α粒子，这是由两个质子和两个中子组成的带2个正电荷的粒子。
α粒子释放出来后，原子核的质子数和中子数都会减少2个，从而使原子核更为稳定。
β衰变则有两种形式：β-衰变和β+衰变。
在β-衰变中，一个中子会转化为一个质子，同时释放出一个电子和一个反中微子。
而在β+衰变中，一个质子会转化为一个中子，同时释放出一个正电子和一个中微子。
半衰期是描述原子核衰变速度的一个重要概念。
它是指衰变物质的原子核数量减少到初始数量的一半所需的时间。
半衰期可以用数学公式来计算。
假设初始时刻有N0个原子核，经过时间 t 后，有 N 个原子核剩余，则半衰期T为：N = N0 * (1/2)^(t/T)通过这个公式，我们可以计算得到半衰期。
半衰期的应用非常广泛。
在医学上，半衰期可以用于放射性同位素的治疗和诊断。
例如，碘-131是一种常用的放射性同位素，它的半衰期为8.02天。
碘-131广泛应用于甲状腺癌的治疗，通过发射β粒子来杀死癌细胞。
对于甲状腺扫描，医生可以注射一定剂量的碘-131，然后通过检测衰变过程来观察甲状腺的功能和结构。
在考古学和地质学中，半衰期可以用来确定物质的年龄。
例如，放射性碳-14（C-14）的半衰期约为5730年。
原子核衰变与放射性衰变
原子核衰变与放射性衰变原子核衰变是指原子核内部粒子的变化，其中最为常见的是放射性衰变。
放射性衰变是放射性核素在放射性转变过程中产生的粒子和辐射的释放。
本文将介绍原子核衰变和放射性衰变的基本概念、类型、特征及应用。
一、原子核衰变的基本概念原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电。
原子核衰变是指原子核内部粒子（包括质子和中子）的数量发生变化的过程。
这些变化可以导致放射性衰变的发生。
二、放射性衰变的类型放射性衰变可分为三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变：α衰变是指原子核发射一个α粒子，即一个带有2个质子和2个中子的氦核。
α衰变通常发生在质子数较多、中子数较少的原子核中，因为放出α粒子可以使质子与中子的比例更接近稳定值。
2. β衰变：β衰变是指原子核内的中子转变成质子或质子转变成中子，放出一个β粒子。
β衰变通常发生在中子数或质子数过多的原子核中，以达到更稳定的核结构。
3. γ衰变：γ衰变是指原子核释放出高能量的γ射线。
γ射线是电磁波，不带电也不带质量，它能够穿透物质并对人体组织造成伤害。
三、放射性衰变的特征放射性衰变具有以下几个特征：1. 自发性：放射性衰变是自发发生的，不受外界条件影响。
2. 不可逆性：放射性衰变发生后，不可逆转。
3. 随机性：放射性衰变的发生是随机的，无法预测具体发生的时间。
4. 符合指数衰变定律：放射性衰变的衰变速率满足指数衰变定律，即放射性核素的数量随时间呈指数下降。
四、放射性衰变的应用放射性衰变在许多领域有着重要的应用。
1. 放射性同位素的应用：放射性同位素广泛应用于医学、农业、工业等领域。
例如，放射性同位素碘-131被用于治疗甲状腺疾病；放射性同位素磷-32被用于农作物探测。
2. 放射性定年法：通过分析化石中的放射性同位素含量，可以确定其年龄。
这对于地质学和考古学的研究非常重要。
3. 放射性碳测年法：通过测定有机物中碳-14的含量，可以确定其年龄。
这在考古学和古生物学研究中有广泛的应用。
原子核物理——放射性衰变简介
原子核物理——放射性衰变简介天津师范大学物理与电子信息学院王桐瑞095060131 放射性、衰变1.1 放射性放射性是指元素从不稳定的原子核自发地放出射线，（如α射线、β射线、γ射线等）而衰变形成稳定的元素而停止放射（衰变产物），这种现象称为放射性。
衰变时放出的能量称为衰变能量。
原子序数在83（铋）或以上的元素都具有放射性，但某些原子序数小于83的元素（如锝）也具有放射性。
1.2 衰变放射性衰变都有一定的周期，并且一般不因环境而改变，这也就是放射性可用于确定年代的原因。
由于一个原子的衰变是自然地发生，即不能预知何时会发生，因此会以机率来表示。
假设每颗原子衰变的机率大致相同，例如半衰期为一小时的原子，一小时后其未衰变的原子会剩下原来的二分之一，两小时后会是四分之一，三小时后会是八分之一。
原子的衰变会产生出另一种元素，并会放出α粒子、β粒子或中微子，在发生衰变后，该原子也会释出伽马射线。
衰变后的实物粒子静止质量的总合会少于衰变前实物粒子静止质量的总和，根据质能方程，能量可以表现出质量。
当物体的能量增加E，其质量则增加E/C²，当物体的能量减少E，其质量也减少E/C²，如果一个原子核衰变后放出实物粒子，假设该原子核在衰变前相对于某一贯性参照物静止，衰变后的新原子核和所放出的实物粒子相对于该惯性参照物运动，即对于该惯性参照物而言，新原子核和所放出的实物粒子具有动能，当新原子核或所放出的实物粒子与其他粒子发生碰撞，它便会失去能量。
因此，衰变前和衰变后质量和能量都是守恒的，粒子的静止质量则不守恒。
如果该原子核放出光子，同样的，光子也具有质量，但没有静止质量。
通常衰变所产生的产物多也是带放射性，因此会有一连串的衰变过程，直至该原子衰变至一稳定的同位素。
发生核衰变的放射性元素有的是在自然界中出现的天然放射性同位素，如碳14，但其衰变只会经过一次β衰变转为氮14原子，并不会一连串地发生。
也有很多是经过粒子对撞等方法人工制造的元素。
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N
N0
dN N
0t dt
ln N t
N0
放射性衰变的指数规律
dN / dt
N
衰变常数
dN / dt t 时刻、单位时间内发生衰变的原子核数
：表示一个原子核在单位时间内发生衰变的几率。
半衰期：放射性物质的原子核的数目衰变到原来数目 的一半时所经过的时间。
1 2
N0
衰变式：
A Z
X
AZ42Y
4 2
He
1. 粒子的动能
使 粒子在真空中经过垂直于它的路径的磁场。
m 2 Bq
m Bq
E
1 2
m
2
(m)2
2m
( Bq )2
2m
2 (Be)2
m
测出 粒子的动能。
2. 衰变能 衰变能：原子核在衰变过程中释放的能量，用Ed表示: 衰变能的释放形式 : Ed E EZ2
4 )MeV 222
4.6951MeV
Ed1 Ed 2 0.1843MeV
观测到能量为0.189MeV的γ射线。
原子核反应： 28132Bi20881Tl42He
粒子能谱
原子核能级
四、 衰变
1. 衰变的三种类型及衰变条件
衰变是核电荷数改变而核子数不变的衰变。
(1)
-衰变：
衰变前：母核静止，总动量为0
动量守恒： m M Z 2V
Ed
1 2
m
2
1 2
M
Z
2V
2
1 2
m
2
m2 2
2M Z 2
E (1
m ) M Z 2
3. 能谱和原子核能级 实验发现，在衰变中，大多数核素将放射出几组不
同动能的粒子性 原子核具有分立的能量状态。
其贯穿本领大约是射线的100倍。 射线：即光子流，波长很短的电磁波，在电磁波谱上
排在X射线之后，有最大的贯穿本领和最小的电离作用
放射性衰变的守恒量：电荷、质量、质量、能量、动量。
2. 衰变定律
dN Ndt t ~ t dt 时间内发生核衰变的数目
dN dt
N
N N0et
1 (232 208) 6 4
衰变次数： 2 6 (90 82) 4
A 4n
3.锕(
235 92
U
)系
235 92
U
28027Pb
衰变次数：
1 (235 207) 7 4
衰变次数：
2 7 (92 82) 4
A 4n 3
U 235
§10.2 原子核的放射性衰变
一、放射性衰变及其规律 1. 放射性衰变：核素自发地放射出某种射线而变成
另一种核素、或从激发态过渡到基态的现象。
29328U 29340Th24He 凡能发生放射性衰变的核素叫放射性核素。
放射性物质放出的射线主要有三种： 射线：即氦原子核，贯穿本领很小，电离作用很强。 射线：即电子流，有较大的贯穿本领和较小的电离作用
tet dt
1
1 T 1.44T ln 2
测定半衰期的方法： 测出：dN / dt
dN dt
N
N0et
ln(
dN dt
)
ln(
N0
)
t
绘图 一条直线图 直线的斜率等于
ln( dN ) ln(N ) ln(N0 )
衰变中： ZZ，不动；A不变
K俘获中： ZZ-1，向前移一位；A不变
1．铀(
U 238
92
)系
238 92
U
28026Pb
衰变次数：
1 (238 206) 8 4
衰变次数：
2 8 (92 82) 6
A 4n 2
2．钍(23920Th )系 23920Th 28028Pb 衰变次数：
A Z
XZ
A1Y10e
~
~ 反中微子，右旋中微子，自旋方向和运动方向相同。
原子核中不存在电子： 01n11p10e ~
能量守恒： mZ c2 mZ 1c2 mec2 E
E为衰变能： E (mZ mZ 1 me )c2 (M Z M Z 1)c2
226 88
Ra
222 86
Rn
4 2
He
测得粒子的动能有2种：
E1 4.793MeV E 2 4.612MeV 相应的衰变能：
Ed1
E 1 (1
m M Z2
)
4.793(1
4 )MeV 222
4.8794MeV
Ed 2
E 2 (1
m M Z2
)
4.612(1
N0eT
T ln 2 0.693
平均寿命：一个原子核在衰变前存在的时间叫做它的
寿命。所有原子核寿命的平均值称为平均寿命。
dN t Nt dt t ~ t dt 内发生衰变的dN个核的总寿命
1 N0
0
Ntdt
1 N0
0
tN0et
dt
0
衰变条件： E 0
M Z M Z 1
(2)
+衰变：
A Z
XZ
A1Y10e
：中微子，左旋中微子，自旋方向和运动方向相反。
原子核中不存在电子：
1 1
p01n10e
能量守恒：mZ c2 mZ 1c2 mec2 E 衰变能：E (mZ mZ 1 me )c2 (M Z M Z 1 2me )c2
dt
2
tT
二、放射系： 由一种放射性核素开始，而产生一代一代的核素，
直到形成稳定的核素为止，构成了一个放射系。 位移：发生衰变后，原子在周期表中位置的变化。 衰变中：ZZ-2，向前移两位；AA-4，减少4个单位 -衰变中：ZZ+1，向后退一位；A不变 +衰变中：ZZ-1，向前移一位；A不变
衰变条件： E 0 M Z M Z 1 2me
(3) K俘获：原子核俘获一个核外轨道上的电子而转变 为另一个原子核的过程。
A Z
X
10eZ
A1Y
~
92
俗称锕铀
4.镎(
241 94
Pu
)系
29441Pu 28029Pb28039Bi 衰变次数：
1 (241 209) 8 4
衰变次数：
28 (94 83) 5
A 4n 1 其中半衰期最长的为
29337Np 故称为镎系
三、衰变 原子核自发地放射出粒而发生的衰变