5.2 放射性元素的衰变（29张PPT）课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修3

第五章 原子核
第2节 放射性元素的衰变
在古代，不论是东方还是西方，都有一批追求，“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。
那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
1.了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程。
2.知道半衰期及其统计意义。
3.根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。
4.知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。
（电子 ）
（氦核 ）
放射性衰变后的原子核
ɑ粒子
β粒子
放射性衰变后的原子核
1.原子核的衰变：天然放射现象中原子核自发地放出 α 射线或 β 射线，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，就变成另一种原子核。
一、原子核的衰变
⑴α衰变：
原子核自发放出α粒子而转变为新核的过程叫α衰变。
原子核放出一个α 粒子（ ），质量数减少4，电荷数减少2，就成了一个新原子核的过程 。
24He
?
2.衰变的种类
衰变的种类
α衰变
β衰变
????????????????????????→????????????????????????????+????????????????
?
比如铀238核放出一个α 粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，就变成了钍234核。
衰变方程：
ɑ粒子
核
核
α衰变的一般方程：
????????????→??????????????????????+????????????????
?
在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
发生一次α衰变，困为原子序数减小2，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移2位。
α衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。
⑵β衰变：
原子核自发放出β粒子而转变为新核的过程叫β衰变。
原子核放出一个β 粒子（ ），质量数不变，电荷数增加1，就成了一个新原子核的过程 。
?10e
?
90234Th→91234Pa+?10e
?
比如 发生α衰变后产生的 也具有放射性，它放出一个β 粒子后质量数没有改变，但电荷数增加了1 ，就变成镤 。
90234Th
?
91234P
?
92238U
?
核
β 粒子
核
“电荷数之和”指代数和，因为发生β衰变时，电子的电荷数是－1。
在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？
????????????→????+????????????+?????????????
?
β衰变的一般方程：
β衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。
β衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
思考与讨论
α衰变的本质
211H+201????→24He
?
3.衰变的本质
01n→11H+?10e
?
β衰变的本质
β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子。
α衰变实质是核内的两个质子转化成了一个氦核。
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。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。
α、β、γ三种射线同时出现
4.γ射线的产生
1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
m/m0
t /天
3.8
1/2
2×3.8
1/4
3×3.8
1/8
1/16
4×3.8
…
…
知识点二：半衰期（τ）
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。
11.4
7.6
3.8
1/2
1/4
1/8
m/m0
t /天
0
2.公式：若放射性元素原来的质量为m0 、原子数为N0；剩余的质量m，剩余的原子数为N，经过时间t，则：

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：
⑴元素的半衰期由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。不同元素半衰期不同。
⑵半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。
例如：氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天
镭226衰变为氡222的半衰期为1620年
铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年
1.定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或发生状态变化的过程。
3.规律：质量数和电荷数都守恒
2.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。
三、核反应
⑴1919 年，卢瑟福发现质子的核反应。
⑵1932 年查德威克发现中子的核反应。
⑶1934 年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。
4.原子核人工转变的三大发现
很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。
1.放射性同位素的分类
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优势（与天然的放射性物质相比）
（1）放射强度容易控制。
（2）半衰期短，废料易处理。
不过40多种
已达1000多种
（3）可以制成各种需要的形状。
四、放射性同位素
（1）射线测厚仪
在钢板一面，放置γ射线源，另一面放着接收装置。那么钢板越厚，接收到了射线信号越弱，根据信号强度就可以测量金属板的厚度。
——利用γ射线具有很强的穿透性
3.放射性同位素及其应用
(2)放射治疗
——γ射线对细胞有很强的杀伤力
伽马刀治疗癌症
经照射 未经照射
培优育种
（3）农业应用
γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等
医学方面：给人注射碘的放射性同位素碘131,在颈部底部的甲状腺(红色，部分被遮蔽)，被放射性示踪剂碘131高亮着色。定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的疾病。
(4)示踪原子
—— 同位素化学性质相同，这样就可以用放射性同位素了解各元素的流向。
农业方面：棉花在开花、结桃的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子.上，磷肥也能被吸收。但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花的叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就解决了。
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。
不过这些射的强度都在安全剂量之内，对我们没有伤害。
电磁信号
五、辐射与安全
体检时还会做X射线透视，这更是剂量比较大的照射。不过这些射的强度都在安全剂量之内，对我们没有伤害。
香烟中含有钋210
我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性.
食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40
然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这种破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。
所以使用放射性同位素质，都必须严格遵守操作规程，做好防护。防止对空气，水源等的污染。
放射性物质标志
核反应堆外层的厚厚的水泥建筑
在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源.
1.(多选)对放射性的应用，下列说法中正确的是(　　 )
A.射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体正常细胞不会有伤害作用
B.对有放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理
C.γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置
D.对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
BCD
2.(多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算.测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化的规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由此可以判断下列选项正确的是（ ）
A.铀238的半衰期为90亿年
B.地球的年龄大约为45亿年
C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4
D.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3
BD
3.正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15????注入人体，参与人体的代谢过程。15????在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象。根据PET原理，回答下列问题：
(1)写出15????的衰变和正负电子湮灭的方程式。
(2)将放射性同位素15????注入人体， 15????的主要用途是(　　)
A.利用它的射线 B.作为示踪原子 C.参与人体的代谢过程 D.有氧呼吸
(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________。(填“长”“短”或“长短均可”)
?
短
B
815????→715????++10????
?
+10????+?10????→2????
?
放射性元素的衰变
原子核的衰变
半衰期
放射性同位素及其应用
核反应
辐射与安全
①α衰变
②β衰变
定义
意义
公式
放射线测厚仪 放射治疗
培优、保鲜 示踪原子
原子核放出????粒子或????粒子转变为新核的变化