5.2 原子核衰變和半衰期 課件 -2022-2023學(xué)年高二下學(xué)期物理魯科版（2019）選擇性必修第三冊(cè)

5.2原子核衰變及半衰期1、原子核的衰變

原子核自發(fā)釋放出射線，說明該原子核不穩(wěn)定，釋放出射線之后就會(huì)變?yōu)槠渌氐脑雍?。我們把這個(gè)變化稱為原子核衰變。衰變過程，是核反應(yīng)之一，滿足電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒！

α衰變：放出α粒子的衰變稱為α衰變。α衰變的規(guī)律：

實(shí)質(zhì)：原子核內(nèi)的兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，并在一定的條件下作為一個(gè)整體從較大的原子核中拋射出來。β衰變：放出β

粒子的衰變稱為β

衰變。β

衰變的規(guī)律：υ為反中微子，不帶電，靜止質(zhì)量幾乎為0。

實(shí)質(zhì)：原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子留在原子核內(nèi)，同時(shí)放出一個(gè)電子。

在原子核衰變過程中產(chǎn)生的新核，有些處于激發(fā)態(tài)，這些不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)會(huì)輻射出光子(γ射線)而變成穩(wěn)定的狀態(tài)。而在自然界中，放射性元素往往經(jīng)歷一系列的衰變直到變?yōu)橐环N穩(wěn)定的非放射性元素為止。

例如，天然放射性元素(鐳）衰變成不具有放射性的元素

時(shí)，經(jīng)歷了5次α衰變、4次β衰變，同時(shí)釋放出γ射線。練習(xí)：

經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變成

則(

)A.m=7，n=3B.m=7，n=4C.m=14，n=9D.m=14，n=18B2、衰變的快慢——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，叫做這種元素的半衰期。放射性元素的衰變都有一定的速率。例如：10g的

經(jīng)a衰變變?yōu)?/p>

的過程中，每經(jīng)過3.8天就有一半的

發(fā)生衰變，即

從10g減少到5g需要經(jīng)過3.8天，從5g減少到2.5g又需要經(jīng)過3.8天……

設(shè)某放射性元素的半衰期為T，原來的質(zhì)量為M，經(jīng)過時(shí)間t，該元素的剩余質(zhì)量m為:不同元素的放射性半衰期一般不同半衰期為1.6×103年半衰期為4.5×109年半衰期為5.27年半衰期為3.0×10-7秒

元素半衰期的長(zhǎng)短只由原子核自身因素決定，一般與原子核所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。

無論放射性元素所處的溫度和壓強(qiáng)如何變化、是以單質(zhì)還是化合物的形式存在，原子的結(jié)構(gòu)都不會(huì)受到影響，它的半衰期都不會(huì)改變。

半衰期描述的是大量原子核發(fā)生衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律

即在大量原子核群體中，經(jīng)過一定時(shí)間將有一定比例的原子核發(fā)生衰變。但對(duì)于一個(gè)特定的原子核，我們不知道它將何時(shí)發(fā)生衰變，只知道它發(fā)生衰變的概率。練習(xí)：A、B兩種放射性元素，它們的半衰期分別為tA=10天，tB=30天，經(jīng)60天后，測(cè)得兩種放射性元素的質(zhì)量相等，那么它們?cè)瓉淼馁|(zhì)量之比為(

)A.3∶1

B.48∶63

C.1∶16

D.16∶1D3、放射性的應(yīng)用放射性在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)研究等許多領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用。1、利用碳14檢測(cè)年代

來自宇宙的射線在大氣中能產(chǎn)生放射性14C，與氧結(jié)合形成二氧化碳后進(jìn)入所有活體組織，先被植物吸收，后被動(dòng)物納入。只要植物或動(dòng)物生存著，14C在機(jī)體內(nèi)保持一定的水平。而當(dāng)有機(jī)體死亡后，即會(huì)停止吸收14C，其組織內(nèi)的14C便以5730年的半衰期開始衰變并逐漸消失。對(duì)于任何含碳物質(zhì)，只要測(cè)定剩余的放射性14C的含量，就可推斷其年代。例如：提取古樹木制成的碳樣品1g，放在射線粒子計(jì)數(shù)器上進(jìn)行測(cè)量。如果測(cè)得該樣品每分鐘衰變的次數(shù)是等質(zhì)量現(xiàn)代樹木所制碳樣品的1/4就表明該古樹木經(jīng)過了14C的兩個(gè)半衰期，即古樹木距今約11460年。植物吸收了放射性磷-32后的照片2、示蹤原子

如果在某種元素里摻進(jìn)一些該元素的放射性同位素，用儀器探測(cè)它放出的射線，就可查明這種元素的行蹤。人們把具有這種用途的放射性同位素稱為示蹤原子。

在醫(yī)療上，醫(yī)生給病人口服或靜脈注射某種放射性示蹤劑，它們就會(huì)參與體內(nèi)特定組織器官的物質(zhì)循環(huán)和代謝，并不斷放出射線。用探測(cè)儀器追蹤探查，如通過正電子發(fā)射斷層攝影（簡(jiǎn)稱PET掃描儀），就可顯示病人內(nèi)臟器官是否發(fā)生病變。3、放射性同位素電池

放射性同位素電池是一種把放射性同位素衰變時(shí)釋放的能量轉(zhuǎn)化成電能的裝置，它體積小、功率大、使用壽命長(zhǎng)，可作為人造衛(wèi)星、宇宙飛船、海洋工程設(shè)施等的電源；4、培育出新的優(yōu)良品種

利用γ射線照射種子，可使種子內(nèi)的遺傳物質(zhì)發(fā)生變異，培育出新的優(yōu)良品種；5、γ射線探傷

利用γ射線穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可探查金屬內(nèi)部有沒有缺陷或裂紋，這種無損探傷技術(shù)已廣泛應(yīng)用于冶金和機(jī)械工業(yè)。食物保鮮（延緩發(fā)芽，生長(zhǎng)，長(zhǎng)期保存）利用鈷60的γ射線治療癌癥（放療）4、放射性污染和防護(hù)

過量的放射線會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，對(duì)人類和自然界產(chǎn)生破壞作用。放射性污染主要來自核爆炸、核泄漏和醫(yī)療照射。在核電站、醫(yī)院等地方，都設(shè)有輻射警示標(biāo)志。

核爆炸在最初幾秒鐘輻射出來的是強(qiáng)烈的γ射線和中子流，這些射線具有很強(qiáng)的穿透能力，對(duì)人體和其他生物體有很強(qiáng)的殺傷作用。核工業(yè)和核科學(xué)研究中的放射性原材料一旦泄漏，會(huì)對(duì)生物體和環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期的輻射，重者使人當(dāng)場(chǎng)死亡，輕者使人患放射性疾病。遭原子彈炸后的廣島（1）在核電站的核反應(yīng)堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄（2）用過的核廢料要放在很厚很厚的重金屬箱內(nèi)，并埋在深海里（3）在生活中要有防范意識(shí)，盡可能遠(yuǎn)離放射源，盡量減少受輻射的時(shí)間.放射性的防護(hù)核反應(yīng)堆外層的厚厚的水泥建筑鉛的屏蔽作用最好，水、水泥等也常用作屏蔽物。操作放射性物質(zhì)的設(shè)備在防護(hù)狀態(tài)下操作放射性物質(zhì)與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素的優(yōu)點(diǎn)：①放射強(qiáng)度容易控制②可以制成各種需要的形狀③半衰期更短④放射性廢料容易處理

原來靜止的某核，α衰變/β衰變后，新核和α粒子/β衰變的圓是外切還是內(nèi)切？半徑之比呢？假設(shè)磁場(chǎng)區(qū)域足夠大。α衰變?chǔ)滤プ兝?、實(shí)驗(yàn)觀察到，靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中A點(diǎn)的原子核發(fā)生β衰變，衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做