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(共24張PPT)
選擇性必修三 第五章 原子核
2
放射性元素的衰變
在古代，不論是東方還是西方，都有一批人追求“點(diǎn)石成金”之術(shù)，他們?cè)噲D利用化學(xué)方法將一些普通的礦石變成黃金。當(dāng)然，這些煉金術(shù)士的希望都破滅了。
真的存在能讓一種元素變成另一種元素的過程嗎？
原子核中有粒子放出，核會(huì)發(fā)生變化
原子核中由質(zhì)子和中子共同組成
α射線是42He核流
β射是0-1e流
都來自原子核
衰變
復(fù)習(xí)回顧
一、原子核的衰變
原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，核電荷數(shù)改變，變成另一種原子核的變化
1.定義：
是一種基本的原子核反應(yīng)
2.α衰變
一、原子核的衰變
α衰變方程
通用表達(dá)式
原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒
+92e
+90e
234
90
Th
U
238
92
4
2
He
→
+
A
Z
X
→
A-4
Z-2
Y
+
4
2
He
3.β衰變
一、原子核的衰變
234
90
Th
+90e
+91e
234
91
Pa
0
-1
e
→
+
β衰變方程
通用表達(dá)式
A
Z
X
→
A
Z+1
Y
+
0
-1
e
電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒
一、原子核的衰變
4.衰變的本質(zhì)
思考：原子核為什么會(huì)放出電子和氦核呢？
1）α衰變
4
2
He
→
+
1
1
H
2
1
0
n
2
2）β衰變
0
-1
e
→
+
1
1
H
1
0
n
A
Z
X
→
A
Z+1
Y
+
0
-1
e
A
Z
X
→
A-4
Z-2
Y
+
4
2
He
mp=1.672×10-27kg
mn=1.674927471×10-27kg
一、原子核的衰變
5.γ射線的來源
為何放射性物質(zhì)會(huì)同時(shí)放出三種射線呢？
γ射線經(jīng)常是伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的
放射性物質(zhì)連續(xù)衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時(shí)伴隨著γ射線輻射。
α、β、γ三種射線
原子核能量變化是不連續(xù)的
與原子類似
存在能級(jí)且
越低越穩(wěn)定
新核處于高能級(jí)
發(fā)生α衰變
或β衰變
躍遷到低能級(jí)
放出γ光子
課堂練習(xí)
238
92
U
222
86
Rn
2. （鈾核）衰變?yōu)? （氡核）要經(jīng)過幾次α衰變，幾次β衰變？
1. 寫出放射性元素 的α衰變以及 （釙核）的β衰變的方程。
234
90
Th
210
84
Po
二、半衰期
1.放射性元素衰變的快慢
每過3.8d就有一半的氡發(fā)生了衰變
半衰期τ
1）半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間
2）半衰期是描述原子核衰變快慢的物理量
二、半衰期
2.半衰期（τ）的特點(diǎn)
1）不同的放射性元素，半衰期不同，同一種原子核半衰期固定
氡222衰變?yōu)獒?18的半衰期是3.8d
鐳226衰變?yōu)殡?22的半衰期是1620年
鈾238衰變?yōu)殁Q234的半衰期竟長(zhǎng)達(dá)4.5×109 年
2）半衰期是對(duì)大量原子核整體衰變做出的“統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)”，對(duì)單個(gè)原子核半衰期毫無意義。
微觀世界規(guī)律的特征之一“單個(gè)微觀事件不可以預(yù)測(cè)”
3）半衰期由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系
最初的某種原子核質(zhì)量：m0
半衰期：τ
時(shí)間：t
未衰變的這種原子核質(zhì)量：
二、半衰期
3.半衰期相關(guān)計(jì)算
m余=m0( )
1
2
t
τ
N余=N0( )
1
2
t
τ
課堂練習(xí)
3. 已知釷234的半衰期是24d，1g釷234經(jīng)過120d后還剩多少？若已知鉍210的半衰期是5d，經(jīng)過多少天后，20g鉍210還剩1.25g？
三、核反應(yīng)
盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核
17 8
O
→
+
17
7
N
4
2
He
+
1
1
H
人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變
用α粒子，質(zhì)子、中子甚至用γ光子去轟擊一些原子核，都可以實(shí)現(xiàn)原子核的轉(zhuǎn)變
研究原子核的結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)和制造新元素
三、核反應(yīng)
原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為人工核反應(yīng)，簡(jiǎn)稱核反應(yīng)
1.定義：
1）核子數(shù)發(fā)生變化導(dǎo)致元素種類發(fā)生變化，是一種質(zhì)的變化
2.特點(diǎn)
是核物理變化
2）核反應(yīng)過程一般都不可逆，只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向
3）核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，不能簡(jiǎn)單依據(jù)
質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒杜撰生成物
4）核反應(yīng)過程質(zhì)量不守恒，反應(yīng)前后總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化
能量
質(zhì)量虧損
γ光子
原子核
衰變
A
Z
X
→
A
Z+1
Y
+
0
-1
e
三、核反應(yīng)
廣義上講衰變也屬于核反應(yīng)
四、放射性同位素及其應(yīng)用
1.放射性同位素
能夠自發(fā)地放出粒子而衰變的不穩(wěn)定同位素
不同放射性同位素放出射線不同，種類由原子核本身決定
天然放射性同位素不過40多種，通過核反應(yīng)生成的人工放射性同位素已達(dá)1000多種
人工放射性同位素的放射強(qiáng)度容易控制，半衰期比較短，因此放射性廢料容易處理，應(yīng)用廣泛。
四、放射性同位素及其應(yīng)用
2.放射性同位素的應(yīng)用
1）利用射線的穿透本領(lǐng)
①檢查金屬部件的砂眼、裂痕（探傷）
γ射線
②測(cè)厚、測(cè)液高實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制
四、放射性同位素及其應(yīng)用
2.放射性同位素的應(yīng)用
2）利用射線的電離本領(lǐng)
α射線
使空氣電離成為導(dǎo)體，消除靜電
3）利用射線的物理、化學(xué)、生物作用
放射治療
培優(yōu)、保鮮（γ射線）
4）利用射線本身
示蹤原子（有放射性標(biāo)記）
碳14測(cè)年技術(shù)
自然界中的碳主要是碳12，也有少量的碳14。宇宙射線進(jìn)入地球大氣層時(shí)，同大氣作用產(chǎn)生中子，中子撞擊大氣中的氮引發(fā)核反應(yīng)產(chǎn)生碳14。核反應(yīng)方程為
碳14具有放射性，能夠自發(fā)地進(jìn)行β衰變而變成氮，核反應(yīng)方程為
碳14的半衰期T1/2為5 730年。碳14不斷產(chǎn)生又不斷衰變，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，因此，它在大氣中的含量相當(dāng)穩(wěn)定，大約每1012個(gè)碳原子中有一個(gè)碳14?；畹闹参锿ㄟ^光合作用和呼吸作用與環(huán)境交換碳元素，體內(nèi)碳14的比例與大氣中的相同。植物枯死后，遺體內(nèi)的碳14仍在衰變，不斷減少，但是不能得到補(bǔ)充。因此，根據(jù)放射性強(qiáng)度減小的情況就可以推算植物死亡的時(shí)間。
例如，要推斷一塊古木的年代，可以從中取出一些樣品，測(cè)量樣品中的碳14含量。如果含量是現(xiàn)代植物的 ，則說明這塊古木的歷史大概有碳14的一個(gè)半衰期T1/2，即5730年。類似地，如果碳14含量是現(xiàn)代植物的 1/4，則古木歷史大概是2T1/2，即11460年……
在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中也會(huì)用到碳14測(cè)定年代的方法。例如，進(jìn)行基本建設(shè)時(shí)，地質(zhì)基礎(chǔ)的力學(xué)性質(zhì)是個(gè)重要指標(biāo)。一般說來，地層形成年代越早，固結(jié)程度越高，抗沖擊性和承壓性越好。北京飯店新樓施工時(shí)，在地面以下13 m 深的位置發(fā)現(xiàn)了兩棵直徑達(dá)1 m 的榆樹。用碳14測(cè)定，這兩棵樹距今29 285±1 350 年。據(jù)此數(shù)據(jù)，建設(shè)部門認(rèn)為這個(gè)地層已經(jīng)足夠古老，可以作為地基，于是停止下挖，這樣就節(jié)約了資金
五、輻射與安全
人類一直生活在放射性的環(huán)境中
輻射的強(qiáng)度都在安全劑量之內(nèi)
宇宙的射線
周圍的巖石
食物和日常用品
食鹽和有些水晶眼鏡片中含有鉀40
五、輻射與安全
過量的射線對(duì)人體組織有破壞作用
在使用放射性同位素時(shí)，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，注意人身安全，同時(shí)，要防止放射性物質(zhì)對(duì)空氣、水源、用具等的污染。
課堂練習(xí)
4. 完成下列核反應(yīng)方程。
19
9
F
+
4
2
He
→
11
H
+
( )
11
5
B
+
14
7
N
→
10
n
+
( )
1
1
H
+
14
7
N
→
10
n
+
( )
課堂練習(xí)
5. 寫出下列原子核人工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)方程。
（1） Na（鈉核）俘獲1個(gè)α粒子后放出1個(gè)質(zhì)子
23
11
（2） Al （鋁核）俘獲1個(gè)α粒子后放出1個(gè)中子。
（3） O（氧核）俘獲1個(gè)中子后放出1個(gè)質(zhì)子。
（4） Si（硅核）俘獲1個(gè)質(zhì)子后放出1個(gè)中子。
27
13
16
8
30
14

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