放射性衰變的基本規(guī)律

§6放射性衰變的基本規(guī)律

在迄今為止發(fā)現(xiàn)的2000多種核素中，絕大多數(shù)都不穩(wěn)定，會(huì)自發(fā)地蛻變?yōu)榱硪环N核素，同時(shí)放出各種射線。這種現(xiàn)象稱為放射性衰變。能自發(fā)地放射出各種射線的核素稱為放射性核素，也叫不穩(wěn)定核素。放射性衰變1.提供原子核內(nèi)部的信息2.用于為人類造福

放射性衰變過程中，原來的核素(母體)或者變?yōu)榱硪环N核素(子體)，或者進(jìn)入另一種能量狀態(tài)。放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!放射性衰變的類型α衰變?chǔ)了プ兊奈灰贫▌t:子核在元素周期表中的位置左移2格。β±,K衰變?chǔ)滤プ兊奈灰贫▌t:子核在元素周期表中的位置右移1格。γ衰變高能短波電磁輻射+內(nèi)轉(zhuǎn)換p放射性;12C放射性;β延遲n(p)發(fā)射;雙β-衰變;自發(fā)裂變(SF)等。放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!1.指數(shù)衰變律原子核是一個(gè)量子體系，核衰變是一個(gè)量子躍遷過程。對一個(gè)特定的放射性核素，其衰變的精確時(shí)間是無法預(yù)測的；但對足夠多的放射性核素的集合，其衰變規(guī)律是確定的，并服從量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!2.半衰期T稱為半衰期，它表示放射性核素的數(shù)目衰變到原來數(shù)目的一半所經(jīng)過的時(shí)間。不同放射性核素的半衰期是大不相同的，60Co的半衰期為5.27a;238U的半衰期為4.5109a。1.000.500.2501T2T3T4TtN/No衰變放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!4.放射性核素的特征量

衰變常數(shù)λ

、半衰期T和平均壽命τ都可以作為放射性核素的特征量，不同核素的特征量差別很大。我們可以根據(jù)測量的特征量判斷它屬于哪種核素。例如單晶硅中痕量碳的分析：放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!放射性活度單位：

1975年以前

1盧瑟福（Rd）=106次核衰變/秒

1居里（Ci）=3.71010次核衰變/秒1毫居=0.001居里，1微居=0.001毫居1g226Ra的放射性強(qiáng)度近似為1居里（早期定義）1975年以后（目前通用的國際單位）

1貝克勒（Bq）=1次核衰變/秒1居里（Ci）=3.71010貝克勒（Bq）放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!

射線的物質(zhì)效應(yīng)：射線對物質(zhì)的效應(yīng)不僅取決于放射性物質(zhì)本身的強(qiáng)弱，還取決于所釋放的射線的特性及接受射線的材料的性質(zhì)。射線對物質(zhì)的物質(zhì)效應(yīng)單位：

1倫琴（R）=使1kg空氣中產(chǎn)生2.5810-4庫侖電量的輻射量1拉德（rad）=1g受輻照物質(zhì)吸收100erg的

輻射能量1戈瑞（Gr）=1kg受輻照物質(zhì)吸收1J的輻射能量

放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!檢測放射性的方法蓋革計(jì)數(shù)器是根據(jù)受輻射氣體發(fā)生電離而產(chǎn)生的離子和電子能傳導(dǎo)電流的原理設(shè)計(jì)的。每個(gè)被放大了的電脈沖即代表一次放射性記數(shù)

放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!埃及一法老古墓發(fā)掘出來的木質(zhì)遺物樣品中,放射性碳-14的比活度為432Bq·g-1[即s-1·(gC)-1],而地球上活體植物組織相應(yīng)的比活度則為756Bq·g-1,試計(jì)算該古墓建造的年代.例1解:衰變反應(yīng)是:根據(jù)一級(jí)反應(yīng)的速率方程和半衰期公式:lnct()=-kt＋lnc0()T1/2=0.693/k得：k=0.693/t1/2=0.693/5730a=1.21×10-4a-1

t=n[756Bq·g-1/432Bq·g-1]/(1.21×10-4a-1)=4630a如以上數(shù)據(jù)系2005年所得，則4630-2005＝2625即該古墓大約是公元前2625年建造的。放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!7.級(jí)聯(lián)衰變許多放射性同位素并非一次衰變就達(dá)到穩(wěn)定，而是一代接一代地衰變，直到穩(wěn)定的核素為止，這樣就構(gòu)成一個(gè)級(jí)聯(lián)（第次）衰變，也稱為放射系。自然界共有四個(gè)放射系，其中三個(gè)是天然存在的，一個(gè)是人工制造的。放射系镎系釷系錒系鈾系放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!808590145140135130125ZN808590145140135130125ZN錒系（4n+3）級(jí)聯(lián)衰變808590145140135130125ZN镎系（4n+1）級(jí)聯(lián)衰變放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!1.暫時(shí)平衡放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!例如醫(yī)用γ射線源113In*，其半衰期為104分，經(jīng)三個(gè)小時(shí)后，只剩下原來的1/4。但若與母體113Sn(113In*)一塊存放，113Sn的半衰期為118天,λA<<λB因此有λANA≈λBNB。達(dá)到長期平衡后，單位時(shí)間內(nèi)子核（B）的衰變數(shù)等于從母核（A）供給的補(bǔ)養(yǎng)數(shù)。由λANA≈λBNB還可給出短壽命核（B）的半衰期：放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!8.同位素生產(chǎn)

在二千多種核素中，有1600多種是人工方法制造的，人們在生產(chǎn)放射性核素時(shí)，生產(chǎn)的同時(shí)，衰變也在發(fā)生，怎樣達(dá)到一個(gè)最佳的產(chǎn)出率呢？一方面，某種核素由于生產(chǎn)在增加，另一方面它也在衰變。同位素生產(chǎn)圖示01234560.51.0A/Pt/T放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!

設(shè)t＝0時(shí)，放射性核素的數(shù)目為N0，在dt內(nèi)發(fā)生衰變的數(shù)目為－dN，則：λ稱為衰變常數(shù)，它表示一個(gè)原子核在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的幾率，標(biāo)志著衰變的快慢。衰變常數(shù)與外界條件（溫度、壓力、磁場等）幾乎無關(guān)。1T2T3T4T衰變放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!3.平均壽命對于某種放射性核素，有些核早衰變，有些核晚衰變，即有的壽命長，有的壽命短，所有原子核壽命的平均值τ稱為平均壽命。平均壽命τ表示：經(jīng)過τ時(shí)間以后，剩下的核素?cái)?shù)目為初始核素?cái)?shù)目的37%放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!5.放射性單位放射性活度A：為了表示某放射源的放射性強(qiáng)弱，人們引入放射性活度A，定義為單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)：A有時(shí)也稱“放射性強(qiáng)度”、“放射率”或“衰變率”。

[注意：A只描述放射源每秒發(fā)生核衰變的次數(shù),并不表示放射出的粒子數(shù).]放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!放射源所含放射性物質(zhì)的原子核數(shù)：放射源所含放射性物質(zhì)的質(zhì)量：

比活度（放射性比度、比放射性）：是指放射源的放射性活度與其質(zhì)量之比，它表明放射性物質(zhì)純度的高低，其單位為Bq/g。射線強(qiáng)度：是指放射源在單位時(shí)間內(nèi)放出某種射線的個(gè)數(shù)，其單位也為Bq。放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!6.長半衰期的測定半衰期是放射性核素的手印，測定半衰期是確定放射性核素的重要方法。斜率法：中等壽命的放射性元素直接法：長壽命的放射性元素，例如1mg238U平衡關(guān)系測量法：短壽命的放射性元素放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!放射性鑒年法W.F.Libby(利比)鑒年法的先驅(qū)獲1960年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)方法：放射性測定年代法依據(jù)：半衰期與反應(yīng)物的起始濃度無關(guān)假定：大氣中、的比值是恒定的宇宙射線中的大量質(zhì)子與大氣中原子核反應(yīng)產(chǎn)生許多次級(jí)中子，這些次級(jí)中子與大氣中的反應(yīng)而產(chǎn)生而自發(fā)地進(jìn)行β衰變：由于宇宙射線的質(zhì)子流、大氣組分相對恒定,故上述次級(jí)中子流也相對恒定,使得的產(chǎn)生率保持恒定,經(jīng)相當(dāng)時(shí)間后產(chǎn)出與衰變達(dá)平衡,其數(shù)目保持不變.而大氣中的是穩(wěn)定核素.研究表明：放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!解:例2測得古墓100g骸骨碳的衰變率為900/min，求此墓年代。據(jù)衰變定律和半衰期公式當(dāng)前100g骸骨中的數(shù)目為N，結(jié)論：古墓年代約為公元前2200年墓主死亡時(shí)100g骸骨碳中含原子的數(shù)目為：放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!808590145140135130125ZN808590145140135130125ZN808590145140135130125ZN808590145140135130125ZN釷系（4n）級(jí)聯(lián)衰變鈾系（4n+2）級(jí)聯(lián)衰變放射性衰變的基本規(guī)律共27頁，