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第五章 原子核
第2節 放射性元素的衰變
在古代，不論是東方還是西方，都有一批追求，“點石成金”之術，他們試圖利用化學方法將一些普通的礦石變成黃金。當然，這些煉金術士的希望都破滅了。
那么，真的存在能讓一種元素變成另一種元素的過程嗎？
1.了解原子核的衰變，會正確書寫衰變方程。
2.知道半衰期及其統計意義。
3.根據質量數守恒和電荷數守恒寫出核反應方程。
4.知道放射性同位素及其應用，知道射線的危害及防護。
（電子 ）
（氦核 ）
放射性衰變后的原子核
ɑ粒子
β粒子
放射性衰變后的原子核
1.原子核的衰變：天然放射現象中原子核自發地放出 α 射線或 β 射線，由于核電荷數變了，它在元素周期表中的位置就變了，就變成另一種原子核。
一、原子核的衰變
⑴α衰變：
原子核自發放出α粒子而轉變為新核的過程叫α衰變。
原子核放出一個α 粒子（ ），質量數減少4，電荷數減少2，就成了一個新原子核的過程 。
24He
?
2.衰變的種類
衰變的種類
α衰變
β衰變
????????????????????????→????????????????????????????+????????????????
?
比如鈾238核放出一個α 粒子后，質量數減少4，電荷數減少2，就變成了釷234核。
衰變方程：
ɑ粒子
核
核
α衰變的一般方程：
????????????→??????????????????????+????????????????
?
在這個衰變過程中，衰變前的質量數等于衰變后的質量數之和；衰變前的電荷數等于衰變后的電荷數之和。
發生一次α衰變，困為原子序數減小2，所以相對于原來的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置應當向前移2位。
α衰變過程中質量數守恒，核電荷數守恒。
⑵β衰變：
原子核自發放出β粒子而轉變為新核的過程叫β衰變。
原子核放出一個β 粒子（ ），質量數不變，電荷數增加1，就成了一個新原子核的過程 。
?10e
?
90234Th→91234Pa+?10e
?
比如 發生α衰變后產生的 也具有放射性，它放出一個β 粒子后質量數沒有改變，但電荷數增加了1 ，就變成鏷 。
90234Th
?
91234P
?
92238U
?
核
β 粒子
核
“電荷數之和”指代數和，因為發生β衰變時，電子的電荷數是－1。
在β衰變中，質量數、核電荷數有什么變化規律？原子核里沒有電子，β衰變中的電子來自哪里？
????????????→????+????????????+?????????????
?
β衰變的一般方程：
β衰變過程中質量數守恒，核電荷數守恒。
β衰變過程中，衰變前的質量數等于衰變后的質量數之和；衰變前的電荷數等于衰變后的電荷數之和。
思考與討論
α衰變的本質
211H+201????→24He
?
3.衰變的本質
01n→11H+?10e
?
β衰變的本質
β衰變實質是核內的中子轉化成了一個質子和一個電子。
α衰變實質是核內的兩個質子轉化成了一個氦核。
放射性的原子核在發生α衰變、β衰變時產生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，并放出γ光子。γ射線經常是伴隨α射線和β射線產生的。
當放射性物質連續衰變時，原子核中有的發生α衰變，有的發生β衰變，同時伴隨著γ射線輻射。這時，放射性物質發出的射線中就會同時具有α、β、γ三種射線。
α、β、γ三種射線同時出現
4.γ射線的產生
1.定義：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間。
m/m0
t /天
3.8
1/2
2×3.8
1/4
3×3.8
1/8
1/16
4×3.8
…
…
知識點二：半衰期（τ）
放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期。
11.4
7.6
3.8
1/2
1/4
1/8
m/m0
t /天
0
2.公式：若放射性元素原來的質量為m0 、原子數為N0；剩余的質量m，剩余的原子數為N，經過時間t，則：

① 經過n個半衰期(T)其剩余的質量為：
② 經過n個半衰期后剩余的粒子數為：
⑴元素的半衰期由原子核內部的因素決定，只與元素的種類有關，跟元素所處的物理或化學狀態無關。不同元素半衰期不同。
⑵半衰期是一個統計規律，只對大量的原子核才適用，對少數原子核是不適用的。
例如：氡222衰變為釙218的半衰期為3.8天
鐳226衰變為氡222的半衰期為1620年
鈾238衰變為釷234的半衰期長達4.5×109年
1.定義：原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核或發生狀態變化的過程。
3.規律：質量數和電荷數都守恒
2.條件：用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發生轉變。
三、核反應
⑴1919 年，盧瑟福發現質子的核反應。
⑵1932 年查德威克發現中子的核反應。
⑶1934 年約里奧·居里夫婦發現放射性同位素和正電子的核反應。
4.原子核人工轉變的三大發現
很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它們被稱為放射性同位素。
1.放射性同位素的分類
⑴天然放射性同位素。
⑵人工放射性同位素。
2.人工放射性同位素的優勢（與天然的放射性物質相比）
（1）放射強度容易控制。
（2）半衰期短，廢料易處理。
不過40多種
已達1000多種
（3）可以制成各種需要的形狀。
四、放射性同位素
（1）射線測厚儀
在鋼板一面，放置γ射線源，另一面放著接收裝置。那么鋼板越厚，接收到了射線信號越弱，根據信號強度就可以測量金屬板的厚度。
——利用γ射線具有很強的穿透性
3.放射性同位素及其應用
(2)放射治療
——γ射線對細胞有很強的殺傷力
伽馬刀治療癌癥
經照射 未經照射
培優育種
（3）農業應用
γ射線使種子的遺傳基因發生變異，殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發芽，延長保存期等
醫學方面：給人注射碘的放射性同位素碘131,在頸部底部的甲狀腺(紅色，部分被遮蔽)，被放射性示蹤劑碘131高亮著色。定時用探測器測量甲狀腺及鄰近組織的放射強度，有助于診斷甲狀腺的疾病。
(4)示蹤原子
—— 同位素化學性質相同，這樣就可以用放射性同位素了解各元素的流向。
農業方面：棉花在開花、結桃的時候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子.上，磷肥也能被吸收。但是，什么時候的吸收率最高、磷在作物內能存留多長時間、磷在作物體內的分布情況等，用通常的方法很難研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花的葉面上，然后每隔一定時間用探測器測量棉株各部位的放射性強度，上面的問題就解決了。
人類一直生活在放射性的環境中。例如，地球上的每個角落都有來自宇宙的射線，我們周圍的巖石，其中也有放射性物質。
不過這些射的強度都在安全劑量之內，對我們沒有傷害。
電磁信號
五、輻射與安全
體檢時還會做X射線透視，這更是劑量比較大的照射。不過這些射的強度都在安全劑量之內，對我們沒有傷害。
香煙中含有釙210
我們的食物和日常用品中，有的也具有放射性.
食鹽和有些水晶眼鏡片中含有鉀40
然而過量的射線對人體組織有破壞作用，這種破壞往往是對細胞核的破壞，有時不會馬上察覺。
所以使用放射性同位素質，都必須嚴格遵守操作規程，做好防護。防止對空氣，水源等的污染。
放射性物質標志
核反應堆外層的厚厚的水泥建筑
在生活中要有防范意識，盡可能遠離放射源.
1.(多選)對放射性的應用，下列說法中正確的是(　　 )
A.射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，對人體正常細胞不會有傷害作用
B.對有放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進行處理
C.γ射線探傷儀中的放射源必須存放在特制容器里，而不能隨意放置
D.對可能產生放射性污染的場所或物品進行檢測是很有必要的
BCD
2.(多選)地球的年齡到底有多大，科學家利用天然放射性元素的衰變規律，通過對目前發現最古老的巖石中鈾和鉛含量來推算.測得該巖石中現含有的鈾是巖石形成初期時(巖石形成初期時不含鉛)的一半，鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對含量隨時間變化的規律如圖所示，圖中N為鈾238的原子數，N0為鈾和鉛的總原子數.由此可以判斷下列選項正確的是（ ）
A.鈾238的半衰期為90億年
B.地球的年齡大約為45億年
C.被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數之比約為1∶4
D.被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數之比約為1∶3
BD
3.正電子發射計算機斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素15????注入人體，參與人體的代謝過程。15????在人體內衰變放出正電子，與人體內負電子相遇而湮滅轉化為一對光子，被探測器探測到，經計算機處理后產生清晰的圖象。根據PET原理，回答下列問題：
(1)寫出15????的衰變和正負電子湮滅的方程式。
(2)將放射性同位素15????注入人體， 15????的主要用途是(　　)
A.利用它的射線 B.作為示蹤原子 C.參與人體的代謝過程 D.有氧呼吸
(3)PET中所選的放射性同位素的半衰期應________。(填“長”“短”或“長短均可”)
?
短
B
815????→715????++10????
?
+10????+?10????→2????
?
放射性元素的衰變
原子核的衰變
半衰期
放射性同位素及其應用
核反應
輻射與安全
①α衰變
②β衰變
定義
意義
公式
放射線測厚儀 放射治療
培優、保鮮 示蹤原子
原子核放出????粒子或????粒子轉變為新核的變化

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