原子核的衰变人工转变(20210102221237)

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a射线、B射线、丫射线的性质，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［射线都是正电荷，［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。

a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；

B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。

丫射线：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：a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a粒

子，贯穿本领最弱；而丫光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能

小结：

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a粒子的衰变叫a衰变，放出B粒子的衰变叫B衰变，Y射线是随着a射线或B射线的放出而产生的。

2、a衰变

铀238核放出一个a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a粒子的衰变叫做a衰变。

这个过程可以用衰变方程式来表示：

23892U —2349o Th+42He

3、B衰变

钍234核也具有放射性，它能放出一个B粒子而变成23%Pa(镁)，那它进行的是B衰变，请同学们写出钍234核的衰变方程式？B粒子用0-i e表示。

钍234核的衰变方程式：2349o Th—2349i Pa+0-i e

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：B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a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：1o n—hH + °-i e 这个电子从核内释放出来，就形成了B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、丫辐射

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a衰变、B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，能量以丫光子的形式辐射出来，因此，丫射线经常是伴随a射线和B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a 衰变，有的发生B衰变，同时就会伴随着丫辐射(没有丫衰变)。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有a、B和丫三种射线。

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a、B和丫三种射线。

5、衰变方程式遵守的规律

a 衰变：M X>Mz：Y ；H e a 衰变规律：Az X —A-4z-2丫+°2He

B 衰变：M X > Z M1Y - ^e B 衰变规律：Az X —Az+i Y+0-i e

(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；

3. 方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰

、半衰期

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：

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

a 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

a 粒子轰击氮时常常岀现的现象。卢瑟福没有轻易作岀结论，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

a 粒子与氮原子的碰撞现象，对氮原

14

4

17

1

子核的人工转变作了无可置疑的结论。其核反应方程是：

N+ _ Hh .；O+iH

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

a 粒子轰击铍发岀的是 丫光子，它在跟质子的碰撞中

能量和动量不再守恒；要么 a 粒子轰击铍发岀的射线不是 丫光子而是一种新粒子。在约里奥 居里夫妇的实 验中，中子已经岀现了， 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， 9 4 12 1 终于发现了中子。发现中子的核反应方程是：

」Be+_ Hh 一 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。

t

-I

W 丿

质量与原子个数相对应，故经过

m °

m

剩二 m

o

<2

个半衰期后剩余的粒子数为: