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第五章 原子核與核能
第2節 原子核衰變及半衰期
在古代，不論是東方還是西方，都有一批人追求“點石成金”之術，他們試圖利用化學方法將一些普通的礦石變成黃金。當然，這些煉金術士的希望都破滅了。那么，真的存在能讓一種元素變成另一種元素的過程嗎？
1.了解原子核的衰變，會正確書寫衰變方程。
2.知道半衰期及其統計意義。
3.根據質量數守恒和電荷數守恒寫出核反應方程。
4.知道放射性的應用、污染與防止。
原子核自發釋放出射線，說明該原子核不穩定，釋放出射線之后就會變為其它元素的原子核。我們把這個變化稱為原子核衰變。
一、原子核的衰變
根據放出粒子的不同
放出 α 粒子： α 衰變
放出 β 粒子：β 衰變
（氦核 ）
（電子 ）
1. α衰變
α 粒子
核
核
用一般方程表達為：
思考：在衰變中遵循什么規律呢？
注意：
（1）中間用單箭頭，不用等號；
（2）是質量數守恒，不是質量守恒;
（3）方程及生成物要以實驗為基礎，
不能杜撰。
+
+
在這個衰變過程中，衰變前的質量數等于衰變后的質量數之和；衰變前的電荷數等于衰變后的電荷數之和。
規律：原子核衰變時電荷數和質量數都守恒
X
元素符號
質量數
A
（核）電荷數
Z
兩邊的質量數：238
234+4
=
兩邊的電荷數：92
90+2
=
+
2. β衰變
核
β粒子
核
用一般方程表達為：
思考：原子核內不是沒有電子嗎？怎么又說原子核會放出電子？
+
+
β衰變的實質在于核內的中子轉化成了一個質子和一個電子。
中子
質子
電子
轉化
和
這種轉化產生的電子發射到核外，就是β 粒子；與此同時，新核少了一個中子，卻增加了一個質子。所以，新核質量數不變，而電荷數增加1。
+
在原子核衰變過程中產生的新核，有些處于激發態，這些不穩定的激發態會輻射出光子（γ 射線）而變成穩定的狀態。
在自然界中，放射性元素往往要經歷一系列的衰變，直到變為一種穩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 （鉛）時，經歷了14次衰變，同時釋放出γ射線。
二、半衰期
2.意義：表示放射性元素衰變快慢的物理量
1.定義：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間
3.公式：
設某放射性元素的半衰期為T，原來的質量為M，經過時間t，該元素的剩余質量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
4.半衰期是由原子核內部本身的因素決定的，與原子所處的物理、化學狀態無關。
5.半衰期是一個統計規律，只對大量的原子核才適用，對少數原子核是不適用的。
1.利用碳14檢測年代
三、放射性的應用
2.示蹤原子：在某種元素里摻進一些該元素的放射性同位素，用儀器探測它放出的射線，就可查明這種元素的行蹤。
3.培優、保鮮：利用 γ 射線照射種子，可使種子內的遺傳物質發生變異，培育出新的優良品種
經照射 未經照射
培優育種
4.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釋放的能量轉化成電能的裝置，它體積小、功率大、使用壽命長，可作為人造衛星、宇宙飛船、海洋工程設施等的電源；
5.γ射線探傷
利用γ射線穿透能力強的特點，可探查金屬內部有沒有缺陷或裂紋，這種無損探傷技術已廣泛應用于冶金和機械工業。
四、放射性污染和防護
過量的放射線會對環境造成污染，對人類和自然界產生破壞作用。放射性污染主要來自核爆炸、核泄漏和醫療照射。在核電站、醫院等地方，都設有輻射警示標志。
1.放射性污染：核爆炸在最初幾秒鐘輻射出來的是強烈的γ射線和中子流，這些射線具有很強的穿透能力，對人體和其他生物體有很強的殺傷作用。核工業和核科學研究中的放射性原材料一旦泄漏，會對生物體和環境產生長期的輻射，重者使人當場死亡，輕者使人患放射性疾病。
2.放射性防護：為了避免放射線的傷害，人們要盡量減少受輻射的時間，同時采取必要的防范措施。
科研單位、醫院和學校實驗室中使用的放射源都必須裝在鉛制容器中，放置放射源的鉛容器要鎖好并貼上警示標志；核工業廢料要放在厚厚的重金屬箱內，深埋于地下或深海。在學校里，學生做核物理實驗使用的都是放射性很弱的放射源，即便如此，在拿放射源時也要使用特制的鑷子，并且不能讓放射源靠近眼睛。在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護作用，鉛的屏蔽作用最好，水、水泥等也常用作屏蔽物。
1.1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核，產生了第一個人工放射性核素X：。X的原子序數和質量數分別為( 　 )
A.15和28 B.15和30
C.16和30 D.17和31
B
2.嫦娥五號”月壤樣品研究取得了最新成果,科研人員利用鈾-鉛 定
年法,對樣品中的富鈾玄武巖礦物進行分析,證實了月球最“年輕”玄武巖年齡為
億年。該定年法中的一個衰變鏈為經一系列 、 衰變后形成穩定
的,此過程中衰變方程為,則、 分別為( )
C
A.6,4 B.5,8 C.8,6 D.8,10
3. 關于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是（ ）
A．半衰期是原子核全部衰變所需時間的一半
B．半衰期是原子核有半數發生衰變所需的時間
C．半衰期是原子量減少一半所需的時間
D．半衰期是元素質量減少一半所需的時間
B
4.(多選)地球的年齡到底有多大，科學家利用天然放射性元素的衰變規律，通過對目前發現最古老的巖石中鈾和鉛含量來推算.測得該巖石中現含有的鈾是巖石形成初期時(巖石形成初期時不含鉛)的一半，鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對含量隨時間變化的規律如圖所示，圖中N為鈾238的原子數，N0為鈾和鉛的總原子數.由此可以判斷下列選項正確的是（ ）
A.鈾238的半衰期為90億年
B.地球的年齡大約為45億年
C.被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數之比約為1∶4
D.被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數之比約為1∶3
BD
原子核衰變和半衰期
原子核的衰變
半衰期
放射性的應用
①α衰變
②β衰變
定義
意義
公式
原子核放出粒子或粒子轉變為新核的變化
放射性污染和防護

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