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§2 放射性元素的衰变
高二物理(人教版2019)
选择性必修 第三册
第五章 原子核
问题与思考:
在古代,不论是东方还是西方,都有一批人追求“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?
一、原子核的衰变
1.定义:原子核放出 α粒子或 β粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变。
2.种类:
一、原子核的衰变
3. 铀238的α衰变:
4.铀238的α衰变方程:
一、原子核的衰变
5. 规律:
(1)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。大量事实表明,原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
思考与讨论:
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?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?你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗?
一、原子核的衰变
5. 规律:
(2)
α衰变一般方程:
一、原子核的衰变
6. 钍234的β衰变:
7.钍234的β衰变方程:
思考与讨论:
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?
一、原子核的衰变
8.β衰变的一般方程:
9.衰变的本质:
(2)β衰变:原子核内的一个中子变成质子,同时放出一个电子。
(1)α衰变:原子核内少两个质子和两个中子 。
10.γ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。因此,γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。
二、半衰期
2.意义:表示放射性元素衰变快慢的物理量
1.定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
不同的放射性元素其半衰期不同。
经过n个半衰期(T)其剩余的质量为:
3.公式:
质量与原子个数相对应,故经过n个半衰期后剩余的粒子数为:
二、半衰期
5.半衰期是由原子核内部本身的因素决定的,与原子所处的物理、化学状态无关。
6.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。
三、核反应
1.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,即:
2.核反应: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。
与衰变过程一样,在核反应中,质量数守恒、电荷数守恒。
四、放射性同位素及其应用
1.射线测厚仪
利用γ射线的穿透特性
四、放射性同位素及其应用
2.放射治疗
利用γ射线高能量治疗癌症
四、放射性同位素及其应用
3.培优、保鲜
培优育种
四、放射性同位素及其应用
4.示踪原子
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。
五、辐射与安全
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,常能看到如图所示的标志。
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