5.2放射性元素的衰变课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册(共20张PPT)

(共20张PPT)
第五章 原子核
第2节 放射性元素的衰变
知识回顾
1、三种射线的本质分别是什么？
2、射线来源于何处？
射线与核外电子无关，来自原子核。
3、原子核由什么组成？
原子核由质子和中子组成
（质子和中子通称为核子）
核电荷数Z=质子数=原子序数=荷外电子数
质量数A=核子数=质子数+中子数
【思考1】1、请写出铀238的原子核符号。
2、铀238具有放射性，会发出α射线，该过程实质是α粒子从铀原子核中以0.1C 飞出来。请思考铀238发出α射线后会变成什么？（变化过程中电荷数和质量数都守恒）
原子核（自发地）放出一个α 粒子（ ）后，质量数减少4，电荷数减少2，就成了一个新原子核， 该过程叫α衰变。
【思考2】1、研究发现，有些原子核内的中子能自发地转化成了一个质子和一个电子。请写出该过程的方程式。
2、已知钍234原子核能发射β 射线（电子流），但原子核由质子和中子组成，没有电子。请猜想该过程是怎么发生的。
原子核（自发地）放出一个β 粒子（ ）后，质量数不变，电荷数增加1，就成了一个新原子核， 该过程叫β衰变。
原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子 。
结果: 新核在元素周期表中位置前移2位
（原子序数减2）
衰变方程：
一、原子核的衰变
1. 定义：原子核自发地放出 α粒子或 β粒子转变为新核的过程叫原子核的衰变。
2. 规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒．
本质: 原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子，
结果: 新核在元素周期表中位置后移
1位 （原子序数增1）
衰变方程：
α衰变：放出ɑ粒子
3. 种类：
β衰变：放出β粒子
本质: 原子核内少了两个质子和两个中子
（原子核中的两个中子和两个质子结合形成ɑ粒子并释放出来）
化学方程式 核反应方程式
联系 电荷、质量守恒 电荷数、质量数守恒
区别 用符号 用箭头
说明：1. 中间用单箭头，不用等号；
2. 是质量数守恒，不是质量守恒；
3. 方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。
注意：核反应方程式中质量数守恒指衰变前后核子的总数不变，
并不是质量不变！
区分：核反应与化学反应
原子核的能量也存在着能级，同样是能级越低越稳定。放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。
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射线辐射。所以放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。
γ射线的产生原因：
BD　
【思考】氡222 会发生α衰变，右图中m0 是t＝ 0时氡的质量，m是任意时刻氡的质量。请分析右图，你会发现什么？
经过第一个3.8 d，剩有一半的氡；
经过第二个3.8 d，剩有 1/ 4的氡；
再经过3.8 d，剩有 1/8 的氡；……
也就是说，每过3.8 d就有一半的氡发生了衰变。
用“半衰期”来表示放射性元素衰变的快慢
二、半衰期
1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间（τ）。
2.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量 。
3.公式：
① 经过n个半衰期(T)其剩余的质量为：
② 经过n个半衰期后剩余的粒子数为：
4. 补充几点：
①半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用。
②不同元素的原子核半衰期差异很大。
③每一种原子核的半衰期是固定的，由原子核内部结构决定，与外部因素无关。
对于一个特定的氡核：
可能在下1 s就衰变，
也可能在10 min之内衰变，
也可能在200万年之后再衰变。
氡222: τ=3.8天
镭226: τ=1620年
轴238: τ=4.5×109年
一种放射性元素，不管它是以单质的形式存在，还是与其他元素形成化合物，或者对它施加压力、提高温度，都不能改变它的半衰期。
A
三、核反应
衰变是原子核的自发变化，科学家更希望人工控制原子核的变化。
第一次原子核人工转变：
卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素 —— 氧17和一个质子
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应
规律：质量数守恒、电荷数守恒
条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。
目的：研究原子核的结构，
发现和制造新元素
1919 年，卢瑟福发现质子的核反应
1934 年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应
原子核人工转变的三大发现：
1932 年查德威克发现中子的核反应
四、放射性同位素及其应用
与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的放射强度容易控制，半衰期比较短，因此放射性废料容易处理，获得了广泛的应用。
射线测厚仪——利用γ射线具有很强的穿透性
放射治疗——γ射线对细胞有很强的杀伤力
培优——γ射线遗传基因发生变异,培育优良品种
保鲜——γ射线可以杀死细菌
示踪原子—— 同位素化学性质相同，利用放射性同位素了解各元素的流向
……
五、辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如，食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40，香烟中含有钋210，这些也是放射性同位素，不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。
然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。存在射线危险的地方，常能看到标志。
【练习1】1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为( 　 B )
A.15和28 B.15和30
C.16和30 D.17和31
【练习2】国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，如图所示。下列核反应中放出的粒子为中子的是(　 B 　)
A.俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子
B.俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子
C.俘获一个质子，产生并放出一个粒子
D.俘获一个质子，产生并放出一个粒子
【练习3】氡的半衰期是3.8天，下列说法正确的是(　 C　 )
A．升高温度，可以使氡的半衰期变短
B．增加压强，可以使氡的半衰期变短
C．4克氡原子核，经过7.6天就只剩下1克氡原子核
D．4个氡原子核，经过7.6天就只剩下1个氡原子核
课堂小结