原子物理-衰变规律
什么是原子核衰变
什么是原子核衰变原子核衰变是指原子核内部发生变化，通过放射出射线或释放粒子的方式转变为另一种原子核的过程。
在原子核衰变中，可能发生的变化包括α衰变、β衰变和伽马射线的放射。
这些衰变过程是由不稳定的原子核中发生的，以达到更加稳定的状态。
一、α衰变α衰变是原子核中放出α粒子的过程。
在α衰变中，原子核释放出两个质子和两个中子组成的α粒子。
α粒子是带有正电荷的核子，相当于一个氦原子核。
例如，铀-238（U-238）发生α衰变后，衰变成钍-234（Th-234），其中U-238原子核释放出一个α粒子。
二、β衰变β衰变是指原子核中的中子或质子转变为一个电子或正电子的过程。
1. β-衰变：在β-衰变中，一个中子转变为一个电子，同时释放出一个质子。
这个电子以高速离开原子核，进入外部空间。
这个电子被称为β-粒子。
例如，碳-14（C-14）发生β-衰变后，变为氮-14（N-14），其中一个中子转变为了一个质子，并释放出一个β-粒子。
2. β+衰变：在β+衰变中，一个质子转化为一个正电子，同时释放出一个中子。
这个正电子称为β+粒子。
例如，锝-99（Tc-99）发生β+衰变后，衰变成了钌-99（Ru-99），其中一个质子转变为了一个中子，并释放出一个β+粒子。
三、伽马射线伽马射线是一种高能量的电磁辐射。
当一个核发生α或β衰变后，通常会释放伽马射线，以平衡核内的能量。
伽马射线没有电荷和质量，可以穿透物质，并且对人体有一定的辐射危害。
例如，铯-137（Cs-137）发生β-衰变后，衰变产物碱土金-137（Ba-137）会释放出伽马射线。
原子核衰变是一种自发的过程，不能通过外界条件干预或加速。
衰变速率可以用半衰期来衡量，即衰变物质的一半数量所需的时间。
每种放射性核素都有其特定的半衰期。
原子核衰变在许多领域都具有重要的应用，包括核能产生、放射治疗和碳测年等。
人们对原子核衰变的研究使得我们对原子核的结构和性质有了更深入的了解，并为核物理学和天体物理学的发展提供了重要的基础。
原子物理
原子物理一、基本知识1、汤姆生发现了电子，使人们认识到原子内部具有复杂的结构。
汤姆生还提出了原子结构的“枣糕”模型。
2、α粒子散射现象绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进或只发生很小的偏转，但仍有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到l80°。
原子的核式结构：原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。
带负电的电子在核外空间绕着核旋转。
原子核带的正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是中性的。
电子绕核旋转所需的向心力就是核对它的库仑引力。
原子的半径大约是10-10m，原子核的直径大约是10-15m～10-14m。
3、玻尔的原子理论为了解决卢瑟福的原子核式结构学说与经典电磁理论发生的矛盾，主要表现在解释原子的稳定性和氢原子的线状光谱中。
玻尔提出了以下的三点假设，即玻尔理论。
(1)原子只能处在一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做加速运动，但不向外辐射能量。
原子的这种状态叫定态。
(2)原子从一种定态(设能量为E1)跃迁到另一种定态(设能量为E2)时，要辐射(或吸收)一定频率的光子。
光子的能量为hυ=E1-E2。
(3)原子不同的能量状态跟电子不同的绕核运动轨道相对应。
原子的能量是不连续的，电子的可能轨道分布也是不连续的。
氢原子的能级公式和轨道公式：r n=n2r1，。
其中r1=0.53×10-10m，为基态轨道半径；E1=-13.6ev，为基态能级的能量，n为量子数，n＝1，2，3……其中E的值是取电子距核无穷远处为电势能零点而计算出来的。
原子各定态的能量值叫原子的能级，原子的最低能量状态称为基态，对应电子在离核最近的轨道上运动；较高的能量状态称为激发态，对应电子在离核较远的轨道上运动。
(4)玻尔理论对氢原子光谱的解释。
玻尔的能级跃迁假设说明，原子无论是吸收还是辐射能量都不是任意的，必须等于原子能级发生跃迁时的两个能级间的能量差，因而吸收或辐射的能量会以一定频率的光子表现出米，即光子能量E＝hυ＝ΔE为一系列定值。
衰变及衰变规律
衰变及衰变规律
β+衰变表达式
A
ZX
A Z-1
Y+
+ e
+v
例如
12 7
N C e
12 6
*相当于原子核中一个质子子变为一个中子和一个正电子
衰变及衰变规律
EC表达式
A Z
X
+
e
A Z-1
Y
7 3
7 4
Be e Li
0 1
衰变及衰变规律
γ衰变
核素由高能态向低能态或激发态向基态跃迁的过程 中释放出γ射线或称光子，单纯γ衰变时子核的质量和 原子序数均不变，只是能量状态的改变。 射线是一种高能光子（电磁波）。
o
o
o
同位素具有相同的元素符号
二、衰变及衰变规律
衰变及衰变规律
核素的分类
稳定性核素 不稳定核素 (放射性核素）： 不稳定的核素会以什么样的方式存在呢？
衰变！
衰变及衰变规律
衰变的概念
放射性核素发生核内结构或能级的变化，同时 自发地放出一种或一种以上的射线而转变成另一种 核素的过程为“核衰变”。
原子核所具有衰变特性称为放射性。
原子及原子核结构
原子核的大小
原子核半径小于原子半径的万分之一，体积占原子体积的几千亿分之一。
原子的质量集中在原子核。
原子及原子核结构
核外电子排布
核外电子的排布：壳层结构 壳层结构是构成物质化学 性质的根源。
原子及原子核结构
核素的概念
把质子数相同，中子数也相同，核能级处于同 一状态的一类原子核， 称为同一种核素。 质量数 （质子数+中子数） 原子序数 （质子数）
法定单位：贝克勒尔（Bq）
人教版(选修3-5)第2节 放射性元素的衰变(基本概念、课堂例题、课后作业)
19.2 反射性元素的衰变【重点知识】1．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
2．α衰变：238 92U→234 90Th ＋42He3．β衰变：234 90Th→234 91Pa ＋ 0－1e4．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。
【基本知识】一、原子核的衰变1．定义原子核放出 或 ，则核电荷数变了，变成另一种 ，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。
3．衰变方程23892U→23490Th ＋ 23490Th→234 91Pa ＋ 。
4．衰变规律(1)原子核衰变时 和 都守恒。
(2)当放射性物质连续衰变时，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。
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。
二、半衰期1．定义放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间。
2．决定因素放射性元素衰变的快慢是由 的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。
不同的放射性元素，半衰期 。
3．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。
【课堂例题】例1、原子核238 92U经放射性衰变①变为原子核234 90Th，继而经放射性衰变②变为原子核234 91Pa，再经放射性衰变③变为原子核234 92U。
放射性衰变①②③依次为 ( )A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变例2、(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年。
已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小。
现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。
下列说法正确的是 ( ) A．该古木的年代距今约5 700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变例3、 (多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核放出一个α粒子，其速度方向与磁场方向垂直。
衰变本质及其规律
放射性元素衰变类型、本质及其规律
定义：
原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化，叫做原子核的衰变；
衰变类型：
放射性元素放射出a、β、γ三种射线，放出a射线的衰变称为a衰变，放出β
射线的称为β衰变。
衰变规律：
a衰变：新核的质量数比原来的质量数减少4，电荷数减少2，因此新核在元素周期表中的位置要向前移两位。
β衰变：β射线为β粒子，即为电子，电子的质量远小于新核的质量，可以认为电子质量为零，所以发生β衰变后，质量数不变，质子数加1，新核是周;
期表中向右移一格的那个元素的原子。
γ射线:是波长很短的电磁波，为一种光子，其电荷量和质量均可以看做为零，所以原子放出γ射线后，不会变成其他核。
衰变本质：
原子核内的两个质子和中子作为一个整体，结合比较紧密，有时候会作为一个整体从原子核内抛射出来，形成a射线，即a衰变；核内的中子可以转化为质子和电子，释放出电子形成β射线，即是β衰变。
放射性元素发生a、β衰变时，产生的新核往往处于激发状态，这时它要向低能量状态跃迁，辐射出光子，产生γ射线。
衰变及衰变规律
X射线的产生及其特点
X射线的发现
X射线的产生及其特点
X射线的产生
X射线的产生
X 射线管的结 构
X射线的产生
X射线的产生
X射线的产生及其特点
X射线的产生
当在真空中，高速运动的电子轰击金属靶时， 靶就放出X射线。 条件： （1）电子-------灯丝 （2）加速-------高压 （3）靶面-------阳极 （4）真空
衰变ec轨道电子俘获衰变例如2349123490衰变表达式相当于原子核中一个中子变为一个质子和一个电子例如衰变表达式相当于原子核中一个质子子变为一个中子和一个正电子ec表达式核素由高能态向低能态或激发态向基态跃迁的过程中释放出射线或称光子单纯衰变时子核的质量和原子序数均不变只是能量状态的改变
Contents
原子核的大小
原子核半径小于原子半径的万分之一，体积占原子体积的几千亿分之一。
原子的质量集中在原子核。
原子及原子核结构
核外电子排布
核外电子的排布：壳层结构 壳层结构是构成物质化学 性质的根源。
原子及原子核结构
核素的概念
把质子数相同，中子数也相同，核能级处于同 一状态的一类原子核， 称为同一种核素。 质量数 （质子数+中子数） 原子序数 （质子数）
1kBq＝103Bq 1MBq＝106Bq
衰变及衰变规律
衰变及衰变规律
计算实例
衰变及衰变规律
计算实例
半衰期：T1/2=1600×365×24×3600=5.04×1010s；
衰变常数：λ=0.693/T1/2=1.375×10-11s-1 原子核数量： N=(m/M)NA=(1×10-3/226)×6.02×1023 =2.665×1018 放射性活度： A = λN = 3.664×107s-1 = 3.664×107Bq
【高中物理】高考物理复习：原子核的衰变
【高中物理】高考物理复习：原子核的衰变【摘要】为大家整理了高考物理复习，便于大家查阅复习。
希望大家喜欢，也希望大家在学习愉快。
3.自然衰变中原子核的变化规律在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。
① α衰变：随着α衰变，新原子核在周期表中的位置向前移动2位，即②β衰变:随着β衰变，新核在元素周期表中位置向后移1位，即③ γ衰变：对于γ，衰变和变化的不是原子核的类型，而是原子核的能量状态。
但总的来说，γ衰变总是伴随着α衰变或β衰变。
4.放射性元素放射的射线有三种:α射线、γ射线、β射线，这三种射线可以用磁场和电场加以区别，如图1所示。
图15.半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期。
不同的放射性元素的半衰期是不同的，但对于确定的放射性元素，其半衰期是确定的。
它由原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关。
二、实例分析[[例1]]关于天然放射现象，以下叙述正确的是()a、如果放射性物质的温度升高，它的半衰期就会降低b.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的c、在α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强d.铀核(23892U）衰变为铅芯（20682pb)的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变[[分析]]半衰期由放射性元素原子核的内部因素决定，与元素的化学状态、温度、压力等因素无关；β衰变释放的电子是当原子核中的中子转化为质子时产生的。
1.0n11h+0-1e，b对;根据三种射线的物理性质，c对;23892U有92个质子和146206个中子82pb的质子数为82，中子数为124，因而铅核比铀核少10个质子，22个中子。
一次α衰变质量数减少4，故α衰变的次数为x==8次。
再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y应满足2x-y+82=92，y=2x-10=6次。
故本题正确答案为b、c.[评论]（1）检查这个问题α衰变β衰变规律以及质量数、质子数和中子数之间的关系。
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒原子核放出α粒子或β粒子后,就变成新的原子核.这种变化称为原子核的衰变.
衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒.
质量数守恒（注意不是质量守恒）；电荷数守恒；动量守恒；能量守恒.
题目
分析原子核发生衰变时质量数与核电荷数守恒．由此解答即可．解答解：原子核发生衰变时，无论能量然后变化，但电荷数和质量数守恒．
故答案为：电荷数，质量数
点评该题考查对衰变的理解，属于对基础知识的考查，牢记该知识点的内容即可．
已知的衰变的种类主要有以下三种：
1、阿尔法衰变，它是某种元素的一个原子核通过放射出一个阿尔法粒子，变成另外一种元素的原子核的衰变。
2、贝塔衰变，它的特点是原子核的原子序数改变而质量数不变。
它主要分为三种类型：贝塔加衰变、贝塔加衰变和轨道电子俘获；
3、伽马衰变，它是伴随着阿尔法衰变或贝塔衰变而产生的。
备注：原子核的放射性衰变还包括原子核的自发裂变、质子放射性等许多形式。
只有质量大的原子核才会有显著的原子核的自发裂变。
18-6原子核衰变的基本规律
6
衰变常量、半衰期T 和平均寿命之间存在
一定联系，知道一个，另外两个也就完全确定了， 任何一个都可以作为放射性核素的特征量。 每一种放射性核素都具有特定值(T值、值)， 可以根据测量的值，来判断是哪种放射性核素。 实验表明，原子核的放射性是原子核自身性质 的反映，其特征量以及所遵从的规律不受外界条 件(如温度、压强和磁场等)的影响，也不会由于 核是处于单质中或是处于化合物中而有所变化。
-dN / dt N
分子是单位时间内发生衰变的
原子核数，分母是当时的原子核总数，表示
一个原子核在单位时间内发生衰变的概率。
t 指数衰减规律，N0是t=0时母核数目。 N N e 0
3
2. 放射性活度 A
表示放射性的强弱程度，
定义为单位时间内发生衰变的核的数目。
d N t t A A e A - N e N 0 0 d t A0=N0是t=0时的放射性活度。放射性活度也
§18-6 原子核衰变的基本规律
一、放射性衰变(radioactive decay) 不稳定的核素自发变化，转变为另一种核素， 同时还放出一定的粒子流，这种性质称为放射性。 不稳定核素的自发变化，称为原子核的衰变， 或称为原子核的放射性衰变。 衰变过程中释放出来的粒子流称为射线。 具有放射性的同位素，称为放射性同位素。
4
3. 半衰期和平均寿命 半衰期T 为母核数目衰变掉一半所需时间，或
放射性活度减弱一半所需时间。T 也是放射性核
素特征量，也表示放射性随时间衰减的快慢。 1 t=T时,N=N0/2 ∴ N0 N0e-T 2 ln2 06 .9 3 T与成反比。 T
4.2原子核的衰变及半衰期
在放射性元素的原子核中： 结合 质子 中子 转化 中子 和
衰变
衰变
电子
质子
α衰变的本质： 原子核内的两个质子和两个中子结合成氦核。
2 H 2 n He
1 1 1 0 4 2
β衰变的本质： 原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个 电子。 1 1 0 0 1 1
n H e
注意： 1、 β射线来自于原子核，与核外电子无关。 2、原子核发生α衰变或β衰变时，产生的新核 处于较高能级。新核由高能级向低能级跃 迁时辐射出γ光子。
特点：与元素所处的化学状态无关 本质：是原子核的性质，而不是原子的 性质 意义：射线来自于原子核，表明原子核 是可分的，原子核也有内部结构
三、放射性元素的衰变
阅读课本回答 1、什么叫原子核的衰变？原子核的衰 变有哪几种情况？原子核衰变过程遵循什 么规律？ （1）原子核的衰变：原子核由于放 出某种粒子而转变成新核的现象，叫做 原子核的衰变。 （2）原子核的衰变分为两种： α衰变、β衰变
分析：因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不 能，所以应先从判断α衰变次数入手： 232 u - 208 u α衰变次数= =6 4u
每经过1次α衰变，原子核失去2个基本电荷，那 么，钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核 实际的电荷数之差，决定了β衰变次数：
(90e - 2e 6) - 82e β衰变次数= =4 (-1)e
放射性元素自发的发出射线的现象叫 做天然放射现象．
放射性元素
居里和居里夫人在贝可勒尔的建议下，对 铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了 发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她 的祖国波兰而命名为钋（Po)，另一种命名为 镭（Ra）。
天然放射性现象
高三物理原子核衰变及半衰期
一块高九米、宽七米的海钻石色的巍巍翡翠……这次理论实践的内容不但要按顶级指标把哈巴狗转换制做成军乐队，还要在完全的相同时间内写出四篇具有超级水准的 ！！随着三声礼炮的轰响，隐隐约约、流光溢彩的小飞虾和小精灵拖着三缕淡紫色的彩烟直冲天空……这时一个戴着蒜头造型的彩蛋湖帆巾，穿着浓绿色奶糖鱼皮服 的主监ｌ官站起身大声宣布：“下面请蘑菇王子表演！”总监ｌ官的话音刚落，随着一阵鼓乐之声，四个戴着皮球形态的白菜银蕉巾，穿着金橙色狮子水晶服，手拿深白 色鱼皮旗的仪仗官就威风凛凛地从天而降！四个仪仗官刚一落地，便同时将手中的钢灰色兽皮旗抛出，随着阵辉煌的管弦乐之声，只见猎猎的旌旗渐渐化作八道飞瀑般 的彩虹地毯飞向ｌ场中心，远远看去就像八座苍茫惊人、流光异彩的美玉般透明的飞桥！随着一阵辉煌的交响乐起，蘑菇王子小子般地坐在座席之上，像过山车一样顺 着彩虹般的地毯闪亮飞出，在离巨硕烟状塔四十米外的上空稳稳悬住。这时，蘑菇王子和知知爵士很快组合成了一个有着乳雾色虾头，玉晶色虎身子，黄冬色亮光翅膀 ，天使仙色兔尾的大怪狗，只见他忽然转动有点委屈、但非常不甘寂寞的精瘦屁股一挥，露出一副迷离的神色，接着耍动略微有些弯钩的鼻子，像紫葡萄色的荡蹄森林 狗般的一转，灵气的缺乏锻炼的、好像木乃伊般精瘦的胸部猛然伸长了三十倍，干涩无光的灰白皮肤也顿时膨胀了九倍！接着古树般的嘴唇整个狂跳蜕变起来……齐整 有序、兔子一样显赫的大白牙跃出墨紫色的缕缕丑云……缺乏锻炼的、好像木乃伊般精瘦的胸部透出纯黄色的丝丝怪热！紧接着把轻快瘦长、好像雪鹿一样的大腿晃了 晃只见六道时浓时淡的仿佛死鬼般的黑灯，突然从细长清淡的鼻子中飞出，随着一声低沉古怪的轰响，鲜红色的大地开始抖动摇晃起来，一种怪怪的飞酣天宫味在悠然 的空气中漫舞。最后扭起有点委屈、但非常不甘寂寞的精瘦屁股一扭，狂傲地从里面涌出一道妖影，他抓住妖影帅气地一颤，一样亮光光、银晃晃的法宝☆古宇宙怀表 ☆便显露出来，只见这个这件奇物儿，一边颤动，一边发出“啾啾”的疑音。突然间蘑菇王子疯鬼般地秀了一个滚地振颤搀牛怪的怪异把戏，，只见他有些卷曲的火红 色山羊胡子中，猛然抖出九串甩舞着☆变态转轮枪☆的沙海玻璃肚牛状的卧蚕，随着知知爵士的抖动，沙海玻璃肚牛状的卧蚕像皮管一样在双臂上尊贵地开发出阵阵光 柱……紧接着蘑菇王子又发出五声浓晶色的时尚怪吼，只见他蓝绿色雀翎公鸡尾中，快速窜出九簇旋舞着☆变态转轮枪☆的油瓶状的魔堡瓷喉雀，随着知知爵士的转动 ，油瓶状
高三物理核衰变知识点归纳
高三物理核衰变知识点归纳核衰变是高中物理中一个重要的知识点，也是学习核物理的基础。
核衰变涉及到一系列的变化，包括放射性衰变和核反应。
本文将对高三物理核衰变相关的知识点进行归纳，方便同学们理解和记忆。
一、核衰变的基本概念核衰变是指原子核自发地改变核内的粒子组成，通过释放辐射或产生其它粒子的过程。
核衰变可以分为放射性衰变和核反应两种形式。
1.1 放射性衰变放射性衰变是指原子核自发地发生变化，释放出一定能量的过程。
放射性同位素会自发地发生核衰变，放射出α粒子、β粒子或γ射线。
不同类型的衰变具有不同的特点。
1.2 核反应核反应是指两个或多个核粒子发生碰撞或聚变，从而形成新的核粒子的过程。
核反应通常涉及到高速粒子的加速和撞击，因此需要一定的能量。
二、放射性衰变放射性衰变是核物理中的重要概念，包括α衰变、β衰变和γ衰变三种形式。
2.1 α衰变α衰变是指原子核中放出一个氦核（即α粒子）的过程。
α衰变会导致原子序数减2、质量数减4。
α粒子在空气中的传播距离较短，因此对人体的辐射伤害较小。
2.2 β衰变β衰变是指原子核中发生中子转变为质子或质子转变为中子，同时释放出一个β粒子（包括正电子和电子）的过程。
β衰变可以分为β-衰变和β+衰变，分别对应电子和正电子的释放。
2.3 γ衰变γ衰变是指在核衰变中，原子核从高能态跃迁到低能态，释放出γ射线的过程。
γ射线是电磁波，具有很强的穿透能力，对人体的辐射伤害较大。
三、核反应核反应是原子核之间的相互作用，包括聚变和裂变两种形式。
3.1 聚变聚变是指两个或多个轻核相互碰撞、结合成为一个更重的核的过程。
聚变在太阳和恒星中是主要的能量来源，但在地球上实现聚变仍然面临很多技术挑战。
3.2 裂变裂变是指重核在受到中子轰击时发生的核反应，产生两个或多个中子及伴随释放大量能量的过程。
核裂变在核燃料的利用和核武器的制造中发挥着重要作用。
四、应用与展望核衰变和核反应在科学研究、医学、能源等领域具有重要的应用价值。
原子核衰变
t
13 N 衰变
90 38
Sr
衰变
15
3)平均寿命： 1 1.44T
导出要点：在 t t dt 内,发生衰变的核数为 dN Ndt ,
这些核的寿命为t ,则所有核素的总寿命为
Ntdt
0
于是任一核素的平均寿命为:
0 Ntdt 1 T 1.44T
Po
+
0 -1
e
（电子）
变
的
β衰变的位移定则:子核在元素
类
周期表中的位置右移1格。
型
γ衰变
60 27
Co*
60 27
Co
+
高能短波电磁辐射（即电子波）
2
a衰变：
a 衰变
A Z
核AZ42
核
4 2
He(a
)
或记为：
A Z
核a AZ42
核
如
263
Sg
a
259
Rf
106
104
80
85
90
Z
145
233 91
Pa
237 93
Np
U 233
140
92
Th 229
225 88
Ra
90
135
235 89
Ac
28271Fr
213 83
Br
217 85
At
130
20891Tl
213 84
Po
209 82
Pb
209 83
Bi
125
镎系（4n+1） 级联衰变
80
放射性元素的衰变(高中物理教学课件)完整版6
2.分类：
天然放射性同位素：40多种 人工放射性同位素：1000多种，每种元素都有了自己的 放射性同位素。
3.人工放射性同位素的优点：
①放射强度容易控制 ②半衰期短，废料容易处理 ③可以制成各种所需的形状
注意：凡是用到射线时，用的都是人工放射性同 位素
四.放射性同位素及其应用 4.应用： ①射线测厚仪 工业部门可以使用放射性同 位素发出的射线来测厚度。
4
8次衰变后质子变成92-2×8＝76
多出来的质子数是衰变造成的，m 82 76 6
一.原子核的衰变
问题：衰变可以看成反冲运动，静止的原子核衰 变放出α、β粒子后，新核会向相反方向运动，如 果把它们放在磁场中，轨迹是怎样的？
α粒子 新核
同向外切
新核 β粒子
反向内切
R mv p ，粒子和新核动量大小相等， qB qB
01n
B．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿
透能力最强，电离能力最弱
C．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，
电子的动能减小，电势能增大，原子的能量增大
D．现有4个放射性元素的原子核，经2个半衰期后一定还有一个
未衰变
例4.如图是查德威克等科学家通过实验发现中子
α衰变
衰变方程：
U 238
92
23940Th
24He
β衰变
衰变方程： 23940Th 29314Pa 10e
一.原子核的衰变
衰变规律：ZA
X
Y A4
Z 2
24He
衰变规律：ZA X Z A1Y 10e
4. β衰变的本质：核内的中子转化成了一个质子和 一个电子
01n11H 10e
第二章衰变规律
（二）半衰期 T
1、定义：如果经过一段时间 T，放射性核素的数目
减少到原数的一半，则称 T为半衰期。
2、意义:半衰期是用来表示放射性核素衰变快慢的物
理量。
T 和 的关系为：
T ln 2
经过n 个T
后，将衰减到原来的
1 2
n
，则
N
N
0
1 2
t /T
（三）平均寿命
N0 个母核的平均寿命
二、衰变平衡
1、递次衰变 2、放射族 天然存在的放射族有：
铀族：母核 238u ,稳定产物206 pb ，系中各放射。
锕族：母核 235u ，稳定产物 207 pb ，系中各放射性
核素的质量数都是4的整数倍家3，所以也叫4n+3系。
钍系：母核 232Th，稳定产物 208 pb，系中各放射性
核素的质量数都是4的整数倍，所以也叫4n系
课堂测试
1、可以用来描述放射性核素衰变快慢的物理量是
A．衰变常数 B．半衰期 C．平均寿命 D．放射性活度
E．以上都是
2、一放射性核素经过3个半衰期的时间后放射性核素数为
原来的
A．1／2 B．1／3 C．1／4 D．1／8 E．1／16
3、放射性活度的国际单位是
A．居里 B．秒-1 C．戈瑞 D．伦琴 E．贝可勒尔
4、下列公式中错误的是
A．Te=T+Tb D．T ln 2
BE．．A 1A0et
C．N
N0
(1) 2
t
T
谢谢大家
第二节 原子核的衰变规律
一、衰变规律
（一）衰变常数
1、物理意义： 描写放射物放射衰变快慢的一个物理量。
2、公式：
2022版新教材高考物理一轮复习第16章原子物理第2讲原子核学案鲁科版
第2讲原子核一、原子核的组成、放射性元素的衰变1．天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。
天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。
2．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。
3．原子核的衰变(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化。
(2)分类α衰变：A Z X―→A－4Z－2Y＋42He，如：238 92U―→234 90Th＋42He；β衰变：A Z X―→A Z＋1Y＋0－1e，如：234 90Th―→234 91Pa＋0－1e。
(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。
4．放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。
(2)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
思考辨析1．原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数。
(√)2．β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。
(√)3．半衰期可以通过人工进行控制。
(×)4．某放射性元素的半衰期为4天，若有100个这样的原子核，经过4天后还剩50个。
这种说法对吗？提示：不对，半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律，不能用于少量的原子核发生衰变的情况，因此，经过4天后，100个原子核有多少发生衰变是不能确定的，所以这种说法不对。
核反应方程：质量数守恒、电荷数守恒，但不是总质量守恒。
1．核力和核能(1)核力：原子核内部，邻近核子间所特有的相互作用力。
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。
2．裂变反应和聚变反应(1)重核裂变①定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。
2023届新高考物理重点突破：第31讲 原子物理
第31讲原子物理知识图谱原子物理知识精讲一．波粒二象性1．光电效应（1）光电效应实验在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。
光通过小窗照到阴极K 上，在光的作用下，电子从电极K逸出，并受电场加速而形成电流，这种电流称为光电流。
（2）光电效应规律任何一种金属都对应一个极限（截止）频率，入射光频率必须大于极限频率才会产生光电效应。
（3）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大。
（4）当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光的强度成正比。
（5）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。
（6）爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0，W0表示金属的逸出功，若νc表示金属的极限频率，则W0＝hνc。
为了解释光电效应的所有实验结果，1905年爱因斯坦推广了普朗克关于能量子的概念，提出了光子说，光子说能够很好地解释光电效应。
把光子的概念应用于光电效应时，爱因斯坦认为一个光子的能量是传递给金属中的单个电子的。
电子吸收一个光子后，把能量的一部分用来挣脱金属对它的束缚，余下的一部分就变成电子离开金属表面后的动能E。
k（7）康普顿效应光子与石墨中的电子发生碰撞后，成分中出现波长变长的光子的现象。
康普顿因此获得1927年的诺贝尔物理学奖。
康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量，入射光和电子的作用可以看成弹性碰撞，则当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞过程中动量守恒，能量守恒，碰后光子可能沿1方向运动，并且波长变长。
康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。
光电效应应用于电子吸收光子的问题，而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题。
3．用图象表示光电效应的规律（1）k E v -图象根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，光电子的最大初动能E k 是入射光频率ν的一次函数，图象如图所示，其横轴截距为金属的极限频率νc ，纵轴截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量h 。
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。
α、β、γ衰变的规律总结
α、β、γ衰变的规律总结万阳 2008011762工物 83α 衰变β 衰变γ 跃迁不稳定核自发地放原子核从激发态通核电荷 Z 发生改变，而核子过发射 γ 光子或其出 α 粒子，并转变定义数不变的自发衰变过程，称它过程跃迁到较低 成另一种原子核的 为 β 衰变；能态，称为 γ跃迁或现象，成为 α 衰变；γ 衰变；发射的粒 子的能量4~9Mev范围反应式ZAXA Z 42Y+ ；发生的条 M X (Z,A)>M Y (Z-2,A- 件（能量） 4)+M α(2,4)所采用的穿透库仑势垒；物理模型α，β或Aγ的能量 E 0与衰变能 TA 4 ；的关系最大能量在几十 kev~Mev Kev~Mev: Z A XZA1Ye，: Z A XZ A 1Ye ，ZAXZAX；EC : Z AX e iZ A1Y e ；β - ：M X (Z,A)>M Y (Z+1,A)or(Z,A)>(Z+1,A)β +：M(Z,A)>M (Z-1,A)+2m or原子核处于激发态；XYe(Z,A)>(Z-1,A)+2m e c 2EC ：XYi/c 2M(Z,A)>M (Z-1,A)+ εor(Z,A)> (Z-1,A)+ ε i ；费米理论单质子模型；γ 光子的动能近似T β =E βmax ≈ E 0等于衰变能：E γ =E 0-T R ≈ E 0衰变能，原子序数用费米积分表示衰变常数，在其它条件不变的情况下：对于偶偶核：m 5e c 4 g 2 M if2λ 随着衰变能的增大而增大，影响衰变1/2常数大小 lnA BE 0的因素有（其中 A ，B 为常哪些？数，与原子序数有关）衰变能对一般而言，衰变能23 7f (Z , E 0 )表明 λ 与跃迁类型（轻子带走的角动量），以及衰变能，原子序数都有一定关系，其中λ ~E 05萨金特定律： β 衰变的半衰随着 γ 带走角动量的增加（即跃迁级次）而减小，电多级辐射， 磁电多级辐射对应的衰变常数也不同其他条件一定的情衰变的影越大， α 粒子穿透响库仑势垒概率越大，衰变常数越大，α 衰变越容易发生；α 衰变过程中角动 角动量对 量守恒，这影响后面的选择定则；同 衰变的影 时 α 粒子带走的角响是怎样 动量越小，衰变越 的？为什容易发生，因为 α么？粒子穿透势垒的离心势会变小。
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3. 递次衰变规律
❖作积分并利用初始条件（t＝0，N3＝0）
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3. 递次衰变规律
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2. 放 射 性 平 衡
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3. 人工放射性的生长
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X表示母核，Y表示子核，例如
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1．放射性的一般现象
❖原子核自发地放射出电子或正电子或俘获一 个轨道电子而发生的转变，统称为b衰变。
b衰变相当于原子核的一个中子变成了质子； + b衰变和轨道电子俘获相当于原子核的一 个质子变成了中子。
❖ 处于激发态的原子核向基态的跃迁称为g 跃迁，
放出g 射线。 g射线的自发放射一般是伴随a或b
数。N0 是时间t=0时核的数量，N是t时刻的 数量
❖通常把指数衰减律也叫作放射性衰变的统计
规律。它只适用于大量原子核的衰变，对少
数原子核的衰变行为 只能给出概率描写。
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2. 放射性衰变的指数衰减规律
❖指数率的普遍性质： （1） 各个粒子的行为相互独立。 （2） 过程发生的概率与“历史”无关。 （3） 在极小的时空间隔里，过程发生的概
兰州近物所重离子加速器冷却储存环（1997－2008，2.93亿人民币）
日本理化学研究所的放射性核束工厂 （仅一期约550亿日元）
德国GSI的FAIR项目（2003－，12 亿欧元）
美国启动RIA项目 （2008－，约5.5亿美元）
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原子核物理学研究的新领域
基本对称性和相互作用
稳定岛
?
可能存在原子核
已知原子核 Sp=0
rp-Process, Novae and X-ray Bursts
稳定原子核
100Sn
Sn=0
中子星
r-Process, Supernovae
78Ni
✓ 基本对称性以及基本相互作用
✓ 超重元素的合成
晕核
✓ 奇特原子核
✓ 核天体物理：中子星， 宇宙中元素的合成
1．a射线是高速运动的氦原子核（又称α粒子） 组成的。所以，它在磁场中的偏转方向与正离子 流的偏转相同。它的电离作用大，贯穿本领小。
2．b射线是高速运动的电子流，它的电离作用较 小，贯穿本领较大。
3．g射线是波长很短的电磁波。它的电离作用小， 贯穿本领大。
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1．放射性的一般现象
❖原子核衰变是指原子核自发地放射出粒子 而发生的转变。 原子核自发地放射出α粒子 而发生的转变，叫做α衰变。
❖部分放射性活度随时间是按 衰减 而不是按 衰减的。
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3. 递次衰变规律 ❖连续逐代衰变叫做递次衰变。例：
对于
设A，B的衰变常数分别为 l1， l2. 在时刻t，A，B，C的 原子核数分别为N1，N2，N3；在t＝0时，只有母体A
对于A
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3. 递次衰变规律 对于B
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率正比于该间隔。
放射性活度
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2. 放射性衰变的指数衰减规律 ❖半衰期T1/2是放射性原子核数衰减到原来数 目的一半所需的时间
平均寿命t是指放射性原子核平均生存的时间：
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2. 放射性衰变的指数衰减规律 ❖当核素具有多种分支衰变时：
❖第i种分支衰变的部分放射性活度
❖总放射性活度
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1．放射性的一般现象
原子核自发地放射各种射线的现象，称为放射 性。能自发地放射各种射线的核素称为放射 性核素，也叫不稳定的核素。放射性现象是 由原子核的内部变化引起的。
1896, H. Bequerel在研究铀矿时发现放射性
天然放射线主要有三种：a, b和 g射线
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1．放射性的一般现象
❖ 用人工办法（例如反应堆和加速器）来产生放射性 ，这叫人工放射性。
❖ 放射性核束，是指由放射性的（或非稳定的）原子 核构成的束流，通常是由核反应产生的次级束流。
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2. 放射性衰变的指数衰减规律 放射性是一种自发的随机过程
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2. 放射性衰变的指数衰减规律 微分
❖任何放射性物质在单独存在时都服从这样的 规律。l称为衰变常数，是在单位时间内每 个原子核的衰变概率，它的量纲是时间的倒
✓ 磁转动，手征转动模式
✓ ……
原子核的放射性
参考：原子核物理，卢希庭，原子能出版社
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5
1. 放射性衰变的基本规律
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6
核素图
可能存在原子核 已知原子核 Sp=0
稳定原子核
100Sn
Sn=0
Z
78Ni
稳定核：270 不稳定核
N
7
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原子核的不稳定性
核基态的不稳定性—核转变（b, a） （弱作用和电磁作用） 激发态的不稳定性—g衰变（电磁作用） 共振态衰变—粒子发射（强作用或核作用）
亚原子物理
2009年10月7号
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1
个人简介
❖ 亓斌，空间科学与物理学院讲师
❖ 研究： 原子核结构理论（主要） 1.发展粒子转子模型和相对论平均场理论 2. 解决原子核高自旋态中的热点问题 核天体物理 (一些计划) 中子星,太阳系元素丰度
❖ 科学实验楼406， bqi@
射线产生的。
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1．放射性的一般现象
❖ 天然放射性是指天然存在的放射性核素所具有的放 射性。它们大多属于由重元素组成的三个放射系（ 即钍系、 铀系和锕系）。这三个放射系之外，还 存在一些非系列的 天然放射性核素，例如H，C， K，V，Rb，In，Te，La， Ce，Nd，Sm，Lu， Re，Pt，Bi等。
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爱因斯坦的《悼念玛丽·居里》演讲
“……我幸运地同居里夫人有20年崇高而真 挚的友谊。我对她的人格的伟大愈来愈感到 钦佩。她的坚强，她的意志的纯洁，她的律 己之严，她的客观，她的公正不阿的判断— 所有这一切都难得地集中在一个人身上。…
居里夫人的品德力量和热忱，哪怕只有一小
部分存在于欧洲的知识分子中间，欧洲就会
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编辑版ห้องสมุดไป่ตู้pt
原子核物理学的重要性
原子核物理学关系到国防与国家的战略需求
核能的利用以及同位素和辐照技术的利用： 核武器、核电站、 核动力装置、核医学设备等 （国家即将在山东建三座核电站）
其它交叉学科的研究: 材料物理、化学、生命科学等
世界上正在以及准备建造的新一代放射性束装置为核物理开 辟了崭新且令人激动的研究领域