5.2 原子核衰变及半衰期（共23张PPT）课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

第五章 原子核与核能
第2节 原子核衰变及半衰期
放射现象有着怎样的规律？我们如何利用放射性，又如何防护放射性污染？
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.知道放射性的应用、污染与防止。
知识点一：原子核的衰变
原子核自发地放出 α粒子或 β粒子而转变为新核的现象。
1.原子核的衰变：
已知铀为92号元素，你能写出这个过程的反应方程式么？
????????????????????????→????????????????????????????+????????????????
?
----α衰变
⑴α衰变
92238U→90234Th+24He
?
衰变方程：
问题3：你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？
问题1：在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？电荷数呢？
问题2：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还是向后移？要移动几位？
α衰变的一般方程：
ZAX→Z?2A?4Y+24He
?
质量数和电荷数都守恒
⑵β衰变
已知钍为90号元素，你能写出这个过程的反应方程式么？
----β衰变
90234Th→91234Pa+?10e+????
?
(2)β衰变
衰变方程：
问题3：你能概括出β衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？
问题1：在β衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？电荷数呢？
问题2：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还是向后移？要移动几位？
质量数和电荷数都守恒
90234?????→91234????????+?10???? +????
?
????????????→????+????????????+?????????????+????
?
β衰变的一般方程：
思考：衰变的α粒子、β粒子和γ光子怎么来的？
①事实表明，两个中子和两个质子能十分紧密地结合在一起，因此，在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，即发生了α衰变。
α衰变的本质
211H+201????→24He
?
②研究发现， β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子。
01n→11H+?10e
?
β衰变的本质
③γ射线的产生
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。
原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此，也存在着能级，同样是能级越低越稳定。
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。
设某放射性元素的半衰期为T，原来的质量为M，经过时间t，该元素的剩余质量m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。
半衰期为1.6×103年
半衰期为4.5×109年
半衰期为5.27年
半衰期为3.0×10-7秒
1.利用碳14检测年代
例如：提取古树木制成的碳样品1g，放在射线粒子计数器上进行测量。如果测得该样品每分钟衰变的次数是等质量现代树木所制碳样品的1/4就表明该古树木经过了14C的两个半衰期，即古树木距今约11460年。
三、放射性的应用
2.示踪原子
如果在某种元素里掺进一些该元素的放射性同位素，用仪器探测它放出的射线，就可查明这种元素的行踪。人们把具有这种用途的放射性同位素称为示踪原子。
在医疗上，医生给病人口服或静脉注射某种放射性示踪剂，它们就会参与体内特定组织器官的物质循环和代谢，并不断放出射线。用探测仪器追踪探查，如通过正电子发射断层摄影（简称PET扫描仪），就可显示病人内脏器官是否发生病变。
3.同位素电池
放射性同位素电池是一种把放射性同位素衰变时释放的能量转化成电能的装置，它体积小、功率大、使用寿命长，可作为人造卫星、宇宙飞船、海洋工程设施等的电源；
4.培育出新的优良品种
利用γ射线照射种子，可使种子内的遗传物质发生变异，培育出新的优良品种；
5.γ射线探伤
利用γ射线穿透能力强的特点，可探查金属内部有没有缺陷或裂纹，这种无损探伤技术已广泛应用于冶金和机械工业。
过量的放射线会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。放射性污染主要来自核爆炸、核泄漏和医疗照射。在核电站、医院等地方，都设有辐射警示标志。
四、放射性污染和防护
核爆炸在最初几秒钟辐射出来的是强烈的γ射线和中子流，这些射线具有很强的穿透能力，对人体和其他生物体有很强的杀伤作用。核工业和核科学研究中的放射性原材料一旦泄漏，会对生物体和环境产生长期的辐射，重者使人当场死亡，轻者使人患放射性疾病。
遭原子弹炸后的广岛
（1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄
（2）用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里
（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源，尽量减少受辐射的时间.
放射性的防护
核反应堆外层的厚厚的水泥建筑
铅的屏蔽作用最好，水、水泥等也常用作屏蔽物。
操作放射性物质的设备
在防护状态下操作放射性物质
1. 原子核92238U在天然衰变为82206Pb的过程中，所经过的α衰变次数质子数减少的个数、中子数减少的个数依次为（　　）
A．8、10、22
B．10、22、8
C．22、8、10
D．8、22、10
?
B
2. 关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是（ ）
A．半衰期是原子核全部衰变所需时间的一半
B．半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间
C．半衰期是原子量减少一半所需的时间
D．半衰期是元素质量减少一半所需的时间
B
3.原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U，放射性衰变①②③依次为（　　）
A. α衰变、β衰变和β衰变 B.β衰变、α衰变和β衰变
C. β衰变、β衰变和α衰变 D.α衰变、β衰变和α衰变
A
原子核衰变和半衰期
原子核的衰变
半衰期
放射性的应用
①α衰变
②β衰变
定义
意义
公式
原子核放出????粒子或????粒子转变为新核的变化
?
放射性污染和防护