放射性物质的衰变
放射性的基础知识
一、放射性1、放射性核衰变核衰变：有些原子核不稳定，能自发地改变核结构，这种现象称为核衰变；放射性：在核衰变过程中总是放射出具有一定动能的带电或不带电的粒子，即α、β、γ射线，这种现象称为放射性；天然放射性：天然不稳定核素能自发放出射线的特性；人工放射性：通过核反应由人工制造出来的核素的放射性。
2、放射性衰变的类型①α衰变：不稳定重核(一般原子序数大于82)自发放出4He核(α粒子)的过程；α粒子的质量大，速度小，照射物质时易使其原子、分子发生电离或激发，但穿透能力小，只能穿过皮肤的角质层②β衰变：放射性核素放射β粒子（即快速电子）的过程，它是原子核内质子和中子发生互变的结果；负β衰变（β-衰变）：核素中的中子转变为质子并放出一个β-粒子和中微子的过程。
β-粒子实际上是带一个单位负电荷的电子。
β射线电子速度比α射线高10倍以上，其穿透能力较强，在空气中能穿透几米至几十米才被吸收；与物质作用时可使其原子电离，也能灼伤皮肤；正β衰变(β+衰变)：核素中质子转变为中子并发射出正电子和中微子的过程；电子俘获：不稳定的原子核俘获一个核外电子，使核中的质子转变成中子并放出一个中微子的过程。
因靠近原子核的K层电子被俘获的几率大于其他壳层电子，故这种衰变又称为K 电子俘获；③γ衰变：原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所发射的电磁辐射；γ射线是一种波长很短的电磁波（约为0.007~0.1nm），穿透能力极强，它与物质作用时产生光电效应、康普顿效应、电子对生成效应等；3、放射性活度和半衰期①放射性活度：单位时间内发生核衰变的数目；A—放射性活度（s-1），活度单位贝可（Bq），其中1Bq=1s-1，1贝可表示1s内发生1次衰变；N—某时刻的核素数；t—时间（s）；λ—衰变常数，放射性核素在单位时间内的衰变几率；②半衰期(T1/2)：放射性核素因衰变而减少到原来的一半所需时间；4、核反应：用快速粒子打击靶核而给出新核(核产物)和另一粒子的过程称为核反应；方法：用快速中子轰击发生核反应；吸收慢中子的核反应；用带电粒子轰击发生核反应；用高能光子照射发生核反应；二、照射量和剂量1、照射量dQ——γ或x射线在空气中完全被阻止时，引起质量为dm的某一体积元的空气电离所产生的带电粒子（正或负）的总电量值（C，库仑）；x——照射量，国际单位制单位：库仑/kg，即C/kg伦琴（R），1R=2.58×10-4C/kg伦琴单位定义：凡1伦琴γ或x射线照射1cm3标准状况下（0℃，101.325kPa）空气，能引起空气电离而产生1静电单位正电荷和1静电单位负电荷的带电粒子；2、吸收剂量：在电离辐射与物质发生相互作用时单位质量的物质吸收电离辐射能量的大小；D——吸收剂量；——电离辐射给予质量为dm的物质的平均能量；吸收剂量D的国际单位为J/kg，专门名称为戈瑞，简称戈，用符号Gy表示：1Gy=1J/kg拉德(rad) 1rad=10-2Gy吸收剂量率（P）：单位时间内的吸收剂量，单位为Gy/s或rad/s3、剂量当量（H）：在生物机体组织内所考虑的一个体积单元上吸收剂量、品质因数和所有修正因素的乘积，H=DQND——吸收剂量（Gy）；Q——品质因数，其值决定于导致电离粒子的初始动能，种类及照射类型；N——所有其他修正因素的乘积，通常取为1；剂量当量(H)的国际单位J/kg，希沃特(Sv)，1Sv=1J/kg雷姆(rem)，1rem=10-2Sv剂量当量率：单位时间内的剂量当量，Sv/s或rem/s；4、第二节环境中的放射性本节要求：了解环境中放射性的来源，放射性核素在土壤、水、大气等环境中的分布，了解放射性核素对人体的危害及内照射概念。
化学元素的放射性衰变过程
化学元素的放射性衰变过程放射性衰变是一种放射性核反应，是指原子核内部发生变化之后放出不稳定的高能粒子或高能电磁波，使得原子核的能量和质量发生改变的过程。
在化学元素中，很多元素都具有不同程度的放射性，这种放射性的来源大多来自于放射性同位素，它们会随着时间的推移逐渐发生衰变，释放出能量和辐射，同时转化为另一个元素，从而导致放射性衰变。
放射性衰变的过程中，放射性同位素会经历α衰变、β衰变以及γ衰变三种主要类型的衰变。
α衰变是指同位素从原子核中释放出一个包含两个质子和两个中子的氦核，转化成另一个元素。
β衰变则是指同位素核内部的一个中子或质子被转化为一个质子或中子，释放出一个β粒子（电子或正电子），同样转化为另一个元素。
γ衰变则是指核内部的能量被释放为一束光子，同时也会引起原子核的跃迁，也会导致元素的转化。
同位素衰变的速率可以用半衰期来衡量。
半衰期是指在同位素的放射性衰变过程中，只剩下半数同位素的时间。
半衰期很重要，因为它对于医学、科学和环境保护方面的应用都具有极其重要的意义。
比如，应用半衰期可以计算出医学上药物残留物的消失时间、评估核工业废物的处理方案、估计环境污染物的沉降时间等等。
因此，半衰期的研究对于我们理解放射性同位素的物理性质和应用价值具有广泛而深刻的启示。
放射性衰变同位素广泛存在于自然界中，如钾、铀、钍等自然放射性元素。
也有一部分放射性同位素是通过人的活动而产生的，如放射性核素的核爆炸、太阳能利用、医疗辐射等。
放射性元素及其同位素的衰变和应用是放射化学的重要内容之一。
从放射性半衰期的角度看，放射性同位素可分为短寿命和长寿命两类。
短寿命放射性同位素寿命较短，常称为短寿命放射性核素，如甲烷中的碳-11，具有20.4分钟的半衰期。
长寿命放射性同位素寿命较长，这样的同位素将长时间存在于自然界中，常称为长寿命放射性核素，如铀-235，半衰期约为7.04亿年。
放射性同位素衰变会导致放射性元素的变化，这种变化涵盖了原子核形态和化学性质。
利用实例分析放射性物质的衰变规律
PART FIVE
放射性物质衰变规律的研究有助于核能利用的安全性和稳定性。 了解放射性物质的衰变规律有助于优化核能利用，提高能源利用效率。
通过研究放射性物质的衰变规律，可以更好地预测和控制核能利用中的辐射剂量。
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汇报人：XX
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
影响因素：放射性物质的类 型和状态
定义：放射性物质衰变到一 半所需的时间
计算方法：利用数学模型和 测量数据计算
实际应用：在核工业、医学、 地质等领域有广泛应用
环保领域：利用放 射性物质检测环境 污染等
农业领域：研究放 射性物质对农作物 生长的影响等
汇报人：XX
培养专业人才，提 高研究团队的整体 水平
建立更精确的衰变模型，以预测未来衰变行为 开发新的理论计算方法，提高预测精度和可靠性 结合实验数据，不断修正和完善模型和理论计算方法 加强与其他学科领域的交叉合作，引入新的理论和技术手段
医疗领域：利用放 射性物质进行癌症 治疗等
能源领域：研究核 聚变等新型能源技 术
放射性测井：利用放射性物质的衰变特性，测量地层中的放射性物质分布，从而确定地层参数和油气储量。
核成像技术：利用放射性物质作为示踪剂，通过检测其衰变产生的射线，实现医学成像和诊断。
放射性同位素示踪技术：利用放射性物质作为示踪剂，追踪物质的运动和变化规律，在化学反应、生物医学等领 域有广泛应用。
核能发电：利用放射性衰变释放的能量，推动核反应堆产生蒸汽，驱动发电机发电。
高考物理半衰期知识点
高考物理半衰期知识点一、什么是半衰期？半衰期是放射性物质衰变过程中的一个重要概念。
当放射性物质发生衰变时，其原子核数量会逐渐减少，而且减少的速度是有规律的。
半衰期就是指在特定条件下，放射性物质衰变过程中，其原子核数量减少一半所需要的时间。
通常用符号T表示。
二、半衰期的计算半衰期的计算可以通过以下公式得出：N = N0 * (1/2)^(t/T)其中，N为现存的原子核数量，N0为起始的原子核数量，t为经过的时间，T为半衰期。
三、物质的半衰期1. 锕（actinium）的半衰期为22年。
2. 钚（plutonium）的半衰期为24,100年。
3. 铀（uranium）的半衰期为4.5亿年。
4. 钋（polonium）的半衰期为138天。
5. 镭（radium）的半衰期为1600年。
四、半衰期在医学领域中的应用半衰期在医学领域中起到重要的作用，尤其是在放射治疗和放射性示踪方面。
1. 放射治疗：半衰期较短的放射性物质可以用于治疗肿瘤等疾病。
由于半衰期较短，放射性物质能够迅速衰变，达到放射治疗的效果。
2. 放射性示踪：利用具有适当半衰期的放射性同位素作为示踪剂，可以观察和研究生物体内的代谢过程。
通过追踪放射性示踪剂的衰变过程，可以获取许多有关生物体内部工作的信息。
五、半衰期在环境保护中的意义半衰期对于环境保护也具有一定的意义，尤其是在处理放射性废物和核能利用方面。
1. 处理放射性废物：不同放射性废物的半衰期不同，因此需要根据废物的半衰期来选择合适的处理方法。
例如，对于半衰期较长的放射性废物，需要采取长期储存或深埋的方式来保护环境和人类健康。
2. 核能利用：核能利用过程中的放射性物质也需要考虑其半衰期。
对于半衰期较短的放射性同位素，可以更快速地得到能量，但同时也需要注意处理放射性废物的问题。
六、物理学中的半衰期应用除了在核物理和医学领域，半衰期在物理学研究中也有广泛的应用。
1. 辐射检测：物理学家可以利用物质的半衰期来测量辐射水平。
什么是放射性衰变
什么是放射性衰变放射性衰变是指某种原子核内的粒子发生自发性的转化，从而变成不同的原子核或不同的粒子的现象。
这一过程是自然界中一些放射性元素进行放射性衰变的主要方式。
放射性衰变的过程受到核内粒子的相互作用和能量守恒的影响。
在放射性元素中存在不稳定的原子核，这些原子核具有过多或过少的中子和质子。
为了达到更稳定的状态，这些原子核会通过放射性衰变来转变自身。
放射性衰变可分为三种主要衰变方式：α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变是指一个原子核中发射一个α粒子（由两个质子和两个中子组成）。
在这个过程中，原子核的质量数减少4，而原子序数减少2。
举例来说，铀238衰变为钍234就是一个α衰变的过程。
β衰变有两种形式：β-衰变和β+衰变。
在β-衰变中，一个中子转变为一个质子，并同时释放出一个电子和一个反中微子；而在β+衰变中，一个质子转变为一个中子，并同时释放出一个正电子和一个中微子。
γ衰变是放射性衰变中唯一没有粒子释放的形式。
在γ衰变中，核内能级的跃迁会伴随着γ光子的释放。
γ衰变通常发生在其他形式的衰变之后，作为放射性元素进一步稳定的过程。
放射性衰变的速度是通过半衰期来衡量的。
半衰期是指在给定放射性同位素中一半原子核衰变所需的时间。
不同的放射性同位素具有不同的半衰期，可以从几秒钟到数十亿年不等。
放射性衰变对环境和生物体都有潜在的影响。
高剂量的放射性辐射对人体组织和细胞产生损害，增加罹患癌症的风险。
因此，放射性物质的安全使用和处置是至关重要的。
放射性衰变技术在许多领域起着重要作用，如医学诊断和治疗、碳测年、核能发电等。
了解放射性衰变的原理和特性有助于我们更好地理解自然界中的放射性现象，并为相关领域的应用提供基础。
总之，放射性衰变是原子核内粒子自发转化的过程，包括α衰变、β衰变和γ衰变。
它对我们的生活和科学有着重要意义，我们需要在使用和处理放射性物质时保持安全和谨慎。
第五讲 放射性 衰变1
以走几十米远，而碰到几毫米厚的铝片就不能穿过了； γ射线本质上是一种波长极短的电磁波，穿透力极强，能穿过厚的混
凝土和铅板。
3.衰变方程举例： (1)α 衰变：23982U→23940Th＋42He (2)β 衰变：23940Th→23941Pa＋－01e.
m
m
A. 4
B. 8
答案 C
m C.16
m D.32
四、放射性的应用： 放射性的应用主要表现在以下三个方面：一是利用射线的电离作
用、穿透能力等特征，二是作为示踪原子，三是利用衰变特性. 1、利用射线的特性 ①α射线：α射线带电量较大，利用其能量大、电离作用强的特性可 制成静电消除器等。 ②β射线：利用β射线可穿过薄物或经薄物反射时，由透射或反射后 的衰减程度来测量薄物的厚度或密度。 ③γ射线：由于γ射线穿透能力极强，可以利用γ射线探伤，也可以 用于生物变异，在医学上可以用于肿瘤的治疗等。
答案 B 【解析】由三种射线的本质和特点可知，α射线贯穿本领最弱，一 张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ射线是 伴随α、β衰变而产生的一种电磁波，不会使原核变成新核．故B 不正确；三种射线中α射线电离作用最强，故C正确；β粒子是电 子，来源于原子核，故D正确。
【例 2】 原子核23892U 经放射性衰变①变为原子核23490Th，
二、衰变：
1.放射性衰变：放射性元素是不稳定的，它们会自发地蜕 变为另一种元素，同时放出射线，这种现象为放射性衰变。
2.衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为α 衰变，放出β粒子的衰变为β衰变，而γ射线是伴随α射线或 β射线产生的。
第二章放射性衰变
三、多次级联衰变 如果母体是长寿命，各代子体与母体相比寿 命都短的多，则经过一定时间后（约大于子 体中最大半衰期的五倍），母体与各代子体 将达到长期平衡，这时各代子体的数量都不 随时间变化，他们的放射性活度相等.
1N1 2 N2 3 N3
例题：已知镭的半衰期为1620a，从沥青 铀矿和其它矿物中的放射性核素数目 N(226Ra)与N(238U)的比值为3.51×10-7， 试求238U的半衰期。
核原子的质量必须大于衰变后子核原子和 氦核质量之和。
M X (Z, A) MY (Z 2, A 4) M He
通常把α衰变过程中放出的能量称为衰变能， 记作Ed，其关系式为
Ed E EY Mc2 [M X (MY M He )]c2
3、α 粒子能量和衰变能的关系 衰变前母核静止，动量为零，则有：
A
m M
NA
ln 2 T1/ 2
m M
NA
0.6931 6.022 1023 1.657 108 60
4.2 1013 Bq
当 A 100mCi 3.7 109 Bq 时，有
m
AM
N A
AM N A ln
2
T1
/
2
3.7 109 60 1.657 108 8.8105 (克) 88微克 6.022 1023 0.693
2、β 能谱的特点： ①β射线的能量是连续分布的； ②有一确定的最大能量Emax，它近似等
于β衰变能； ③曲线有一极大值，即在某一能量处强
度最大。
二、中微子 1、中微子假说 泡利在1930年指出，只有假定在β
衰变过程中，伴随每一个电子有一个轻 的中性粒子（称之为中微子ν）一起被 发射出来，使中微子和电子的能量之和 为常数，方能解释连续β谱。
阿尔法衰变和贝塔衰变的
阿尔法衰变和贝塔衰变的在质子、中子和电子等核子和原子微观结构中，衰变现象是十分普遍的。
其中，阿尔法衰变和贝塔衰变是两种重要的原子衰变类型。
他们都是非常重要的放射性物质衰变的物理现象。
阿尔法衰变是由α粒子组成的，α粒子是一种由两个氦核和两个质子组成的稳定的小型粒子，它是由重原子衰变中产生的，它的衰变能量大约为5MeV，粒子的速度有时可以达到0.7c的速度，它的时间常数大约是十分之一的质子半衰期，它的衰变过程是数学上的指数衰变。
贝塔衰变属于β衰变，它是由中子衰变而产生的，它是一种重原子之间发生的非均衡反应，在失去中子而获得电子的过程中，原子核也发生变化，因此也可以产生能量。
这种能量经常被称为β衰变能量或贝塔衰变能量。
贝塔衰变中，有两种特殊的粒子可以产生，即电子和抗电子，它们各自具有不同的衰变能量，约为一千兆电子伏特（MeV），也叫做贝塔衰变的能量，它的时间常数大约是质子半衰期的五分之一，它的衰变过程也是数学上的指数衰变。
阿尔法衰变和贝塔衰变都是属于放射性衰变的重要类型，他们经常用于放射性核素的分析。
这两种衰变都是由失去电子和中子而产生，它们都具有不同的衰变能量和衰变时间常数，这两种衰变也都是一种数学上的指数衰变。
阿尔法衰变和贝塔衰变也有一些实际应用，如贝塔衰变经常用于核能发电，也用于石油勘探及电子视觉系统，而阿尔法衰变则被用于治疗和放射性靶向治疗，以及在医学诊断和无线电导航系统中。
另外，阿尔法衰变和贝塔衰变还在宇宙学中有着重要的意义。
因为它们可以用来研究太阳系本身和宇宙中星系，可以用来计算行星和恒星的速度和运动轨道，以及推测恒星的恒星年龄，以及行星表面的物质组成和温度，甚至可以用来探索宇宙的起源，可以向科学家隐藏的宇宙这一神秘的宇宙的超新星能量模式。
从上可以看出，阿尔法衰变和贝塔衰变都是非常重要的原子衰变类型，它们在物理学、宇宙学等诸多研究领域都有着重要的意义，今后可以期待这两种衰变的更多新进展和发现。
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1 1 N N0 N0 2 2
n
注意： (1)半衰期的长短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
(2) 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．
由原子核的衰变规律可知 ( C )
A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线 B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变 C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制
1 1 N N ( ) ; m m0 ( ) 2 2
t T
c
e
接近c
光子
c
最强
最弱
第十九章
原子核
第二节 放射性元素的衰变
一、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： α衰变：放出α粒子的衰变，如
238 92
U
A Z
234 90
Th He
A 4 Z 2
4 2
α衰变：
X
Y He
4 2
1. 中间用单箭头，不用等号； 2.原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守 恒．
A Z
次β衰变后变成变成稳定的新元素
方程式为：
A Z A, Z, 4 2
A， Z
，
,则该核反应 Y
0 1
X Y n He m e
质量数守恒：A=A ′+4n 电荷数守恒：Z=Z ′+ 2n - m
A A, 以上两式联立得：n= 4 A A, , Z Z m= 2
课堂训练：完成下列衰变方程，并注意它属 于何种反应：
半衰期的应用
C 是一种半衰期为 5730 年的放射性同位素．若考古 1 14 工作者探测到某古木中 C 的含量为原来的 ， 则该古树死 4 亡时间距今大约 ( ) A． 22920 年 B． 11460 年 C． 5730 年 D． 2865 年
【解析】 假设古木死亡时 14C 的质量为 m0， 现在 的质量为 m，由死亡至现今所含 14C 经过了 n 个半 m 1 1 衰期，由题意可知 ＝ ( )n＝ 2 4 m0 所以 n＝ 2 时，即古木死亡的时间为 5730× 2 年＝ 11460 年，应选 B.
β衰变：放出β粒子的衰变，如
234 90
Th
234 91
Pa e
0 1
β衰变： A Z
X
A Z 1
Y e
0 1
说明： 1. 中间用单箭头，不用等号； 2.原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数 和质量数都守恒．
3.电荷数、质量数守恒运用：
设一放射性元素 X 经过n次α衰变后，再经m
衰 变 的 理 解
D ．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数 增加1 题号 分析 结果 A 放射性元素一次衰变可产生α射线或β射线。 错
B C
发生β衰变时，变成质子数增加1的新原子。
衰变的快慢由原子核因素决定，跟原子所处物 理状态（温度、压强等）和化学状态(单质、化 合物等）无关 放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不 变，核电荷数减小1
课堂总结
一、原子核的衰变
1.原子核的衰变： 2.衰变原则： 质量数守恒，电荷数守恒。 （1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变． （2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变． （3）γ衰变:伴随射线或射线产生. t 二、半衰期 1、半衰期:放射性元素的原 T 0 子核有半数发生衰变所 需的时间，叫做这种元 素的半衰期。 2、不同的放射性元素，半衰期不同 放射性元素衰变的快慢是核内部自身因素决定。 放射性元素半衰变是一个统计规律。
一、天然放射现象
1. 放射性：物质发射射线的性质 2. 放射性元素 原子序数83（包括83）以后的 所有元素都具有天然放射性
二、放射性射线的性质
1. 三种射线 、、 2. 三种射线的性质：
射线种类 射线
组成物质
氦核 He 电子
0 1
4 2
速率
1 10
贯穿本领
最弱 较弱
电离本领
最强 较弱
错 对
D
错
2．钋210经α衰变成稳定的铅，其半衰期为 138天，质量为64g的钋210，经276天，求钋 的质量。
210 84
Po Pb He
206 82 4 2
t T 276 138
1 1 m m0 2 2
64 g 16 g
类型三
例3
14
二、半衰期(T) 1.意义： 表示放射性元素衰变快慢的物理量 2.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
书第71页．
3.公式：
经过n个半衰期(T)其剩余的质量为：
n
t T
1 m m0 2
1 m m0 2
t T
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：
(1)
(2) (3)
→
→ →
＋
＋ ＋
，属于
，属于 ；属于
衰变；
衰变； 衰变。
求衰变次数
思考：
238 206
92U
(铀)要经过几次α衰变和β衰变，才
பைடு நூலகம்
能变为
82Pb(铅)？它的中子数减少了多少？
8次 α衰变，6次 β衰变，中子数减少 22.
γ 辐射:
α衰变或β衰变产生的新核往往处于高能级， 不稳定状态。要向低能级跃迁，放出γ光 子γ射线经常是伴随α射线和 β射线产生的， 当放射性物质连续发生衰变时，原子核中 有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时就 会伴随着γ辐射（没有γ衰变）。这时，放 射性物质发出的射线中就会同时具有α、β 和γ三种射线。