原子核与放射性衰变
第2章-原子核的放射性与衰变-2
电磁辐射谱
γ 射线：波长很 短的电磁辐射
—频 式中，h—普朗克常数； 率(Hz)；c—光速，是射线在真空 中的传播速度；—波长。
•
能量： E h
hc
γ射线的产生：来自于原子核的γ衰变
α衰变形成的子核： 往往处于激发态，不稳定，退激过程放出γ 射线
+ + + + + + + + +
• 都具有干涉、衍射等波动性；
• 都是一种粒子流； • 射线与X射线产生的方式不同；
• 射线与X射线的能量范围不同（由 E h
hc
决定）；
Electromagnetic radiation (电磁辐射) of Energy E<40KeV is denoted as X-ray. Gamma rays comprise that of the electromagnetic spectrum where E>40KeV.
原子核跃迁时，发射光子和内转换电子的总跃迁概率， 应是这两种过程的跃迁概率之和，即：
e (1 )
各个壳层的内转换系数：
用NK,NL,NM,…分别表示单位时间内发射的K,L,M,…层的 内转换电子数，则定义相应于各个壳层的内转换系数为：
E Ee (i) Wi
实例1—由Ee(i)求E的值 ：
E Ee (i) Wi
137m 56 137m 56 Ba 137 Ba e 56 Ba 137 56 Ba
实验测得137Ba的K层内转换电子的动能Ee(K)=624.2KeV， 查表得WK=37.4KeV，则得137Ba的跃迁的能量，即激发态的能 量： E=624.2+37.4=661.6KeV。 • 采用Ee(i)求解E的优点：
原子核和放射性衰变
原子核和放射性衰变一、原子核结构1.质子：带正电荷，质量约为1个原子单位；2.中子：不带电，质量约为1个原子单位；3.原子核：由质子和中子组成，质量约为10-27米3。
二、放射性衰变1.阿尔法衰变：原子核放出一个阿尔法粒子（即氦核），质量数减少4，原子序数减少2；2.贝塔衰变：原子核中的一个中子转变为一个质子，同时放出一个电子（贝塔粒子）和一个反中微子；3.贝塔+衰变：原子核中的一个质子转变为一个中子，同时放出一个正电子（贝塔+粒子）和一个中微子；4.伽马衰变：原子核从高能级向低能级跃迁，放出伽马射线。
5.定义：放射性物质衰变到其原有数量的一半所需的时间；6.公式：N = N0 * (1/2)^(t/T)，其中N为当前放射性物质数量，N0为初始数量，t为时间，T为半衰期。
四、放射性应用1.核电站：利用核裂变反应产生热能，驱动发电机发电；2.医学：放射性同位素用于癌症治疗、放射性示踪等；3.地质探测：放射性元素分布用于地层划分、资源勘探等。
五、核裂变与核聚变1.核裂变：重核分裂成两个质量较小的核，释放大量能量；2.核聚变：轻核融合成质量较大的核，释放大量能量。
六、核安全与防护1.核辐射：放射性物质发出的粒子辐射和电磁辐射；2.辐射防护：采用屏蔽、距离防护、时间防护等方法；3.核事故：核泄漏、核爆炸等，对环境和人类造成严重危害。
七、核能前景与挑战1.优点：清洁、高效、可持续发展；2.挑战：核废料处理、核安全、核扩散等。
八、中学生必知知识点1.原子核结构；2.放射性衰变类型及特点；3.半衰期及其应用；4.核裂变与核聚变；5.核安全与防护；6.核能前景与挑战。
习题及方法：1.下列关于原子核的说法，正确的是：（）A. 原子核由质子和中子组成B. 原子核中只有质子C. 原子核中只有中子D. 原子核可以分为质子和电子2.放射性物质经过一个半衰期后，剩余的放射性物质数量是：（）A. 原来的一半B. 原来的四分之一C. 原来的八分之一D. 原来的十六分之一3.在核反应中，下列哪种反应是放能的：（）A. 阿尔法衰变B. 贝塔衰变C. 贝塔+衰变D. 伽马衰变4.原子核由____和____组成。
第2章 原子核与放射性衰变
2.3.5 放射性活度
定义：放射性源在单位时间内发生衰变的 核的个数，单位是贝可(勒尔)。
1Bq=1/s 物理意义：反映射线源的产生射线的强度 常用单位为居里(Ci)
1Ci=3.7×1010次核衰变/s 注意：活度不等于射线强度。对同一种放
射性元素，活度大的源其射线强度也大， 但对不同的放射性元素，不一定存在该关 系。
2.4.4 电子跃迁与原子核跃迁比较
比较 电 子： 轨道能级跃迁 eV~keV 原子核： 原子核能级跃迁 MeV(不同数量级)
2.5 衰变纲图
综合反映某核素放射性衰变的主要特征和数的示 意图。
穿透物体的能力很小，在空气中也只能飞 行几个厘米，但具有很强的电离能力。
α衰变分析
能量守恒：Eα,Eγ分别为粒子动能和子核反冲动能
mX c2 mY c2 m c2 E Er
α衰变的衰变能：Eα,Eγ之和
E0 E Er mX (mY m ) c2
不定的正整数)，因此又叫4n+2族。
145 140
238 U
234 Th
234 Pa
234 U
230 Th
226 Ra
222 Rn
N 135
218Po
214 Pb
215 At
130
210 Tl
214 Bi
214 Po
210 Pb
125
206 Tl
210 Bi
210 Po
206 Pb
80
85
90
95
Z
2.4 典型放射性衰变
衰变遵循规则：衰变前粒子的电荷总数和 质量总数与衰变后所有粒子的电荷总数和 质量总数相等。 衰变
高考物理科普原子核与放射性衰变
高考物理科普原子核与放射性衰变在高考物理中，原子核与放射性衰变是一个重要的知识点。
了解原子核和放射性衰变的基本概念和原理，对于理解核物理、辐射与防护以及现代科技的应用都有着重要的意义。
本文将从原子核的结构、放射性衰变的种类和特点以及核能的应用等方面进行科普。
一、原子核的结构原子核是构成原子的重要组成部分之一，它位于原子的中心，由质子和中子组成。
质子带正电荷，中子是中性粒子，质子和中子统称为核子。
质子和中子的集合形成了原子核，而电子绕着原子核运动。
原子中的质子数目称为原子序数，通常用字母Z表示；质子数目和中子数目的总和称为质量数，通常用字母A表示。
一个元素的化学属性由其原子核的原子序数决定。
二、放射性衰变的种类和特点放射性衰变是指某些不稳定核在一定时间内自发地发生变化，释放出放射性物质和射线的过程。
常见的放射性衰变有α衰变、β衰变和γ射线。
1. α衰变：α衰变是指原子核放出一个α粒子的过程。
α粒子由两个质子和两个中子组成，相当于一个氦原子核。
α衰变会使原子核的质量数减少4，原子序数减少2。
例如，铀238衰变成钍234，放出一个α粒子。
2. β衰变：β衰变分为β+衰变和β-衰变两种。
β+衰变是指原子核中的一个质子转化为一个中子，并同时放出一个正电子和一个中性粒子。
这个中性粒子通常称为反中子。
β+衰变会使原子核的质量数不变，原子序数减少1。
β-衰变是指原子核中的一个中子转化为一个质子，并同时放出一个电子和一个反中子。
β-衰变会使原子核的质量数不变，原子序数增加1。
3. γ射线：γ射线是一种无电荷、无质量的电磁波，它是放射性核衰变的伴随现象。
γ射线在原子核衰变过程中释放，其能量很高，穿透能力很强。
三、核能的应用核能是指核反应中释放的巨大能量。
核能的应用包括核武器、核能发电和核医学等多个领域。
1. 核武器：核武器利用放射性衰变过程中释放的巨大能量，通过裂变或聚变反应引起核爆炸。
核武器具有巨大的威力和杀伤力，对人类和环境造成极大的危害。
原子核结构与放射性衰变
原子核结构与放射性衰变原子核结构是研究原子的核心部分组成的学科。
在这个领域中，科学家们研究原子核的组成、性质以及原子核如何稳定或不稳定，进而引出了放射性衰变的概念。
本文将深入探讨原子核的结构和放射性衰变的基本原理。
一、原子核结构原子核是原子的中心部分，由质子和中子组成。
质子带正电荷，中子没有电荷。
原子核的直径约为10^-15米，相比于整个原子的尺寸而言非常小。
原子核内的质子和中子总的数量称为质子数和中子数，分别用符号Z和N表示。
原子核的质量可以通过质子数和中子数的总和来计算。
除了质子和中子，原子核还包括核子壳层、散射层和外层。
核子壳层是由质子和中子组成的稳定区域，其中质子数和中子数的比例决定了某个特定元素的化学性质。
散射层是由质子和中子组成的不稳定区域，其中质子数和中子数的比例决定了核素（具有相同质子数的核）的存在性。
外层则是在核外存在的电子，决定了物质的化学性质。
二、原子核的稳定性原子核的稳定性可通过质子数和中子数的比例来描述。
当一个原子核的质子数和中子数相对较小且接近时，原子核是稳定的。
例如，氢核只包含一个质子，没有中子，因此是稳定的。
然而，随着原子核的质量增加，稳定性的情况就会改变。
通常来说，当原子核的质子数和中子数相等时，原子核更稳定。
此外，对于具有较高质子数的原子核，中子的数量应比质子稍多一些，以稳定原子核。
这是因为中子的存在可以增加原子核中的强核力作用，从而抵消质子之间的静电排斥力。
三、放射性衰变的基本原理放射性衰变是指不稳定核素发射粒子或电磁辐射以改变其原子核的结构的过程。
这种不稳定的核素称为放射性核素。
放射性核素会经历衰变过程，将不稳定的核子转化为稳定的核子从而达到更稳定的原子核。
放射性衰变有三种主要类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变是指核子从原子核中发射出一个α粒子（即氦核，由两个质子和中子组成）。
通过发射α粒子，原子核的质子数减少两个，中子数减少两个，从而转化为不同的元素。
原子核的组成-放射性和衰变
钡铀云母
翠砷铜铀矿
斜水钼铀矿
铀钙石矿
放射性不是少数几种元素才有的。 研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线(大于等于83) 。
放大了1000倍的铀矿石
天然放射现象
原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．
放射性现象中放出的射线是什么东西？ 它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？ 这些射线带不带电？
D
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要点提炼
1.原子核人工转变的两大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应： N＋ He→ ＋ H (2)1932年查德威克发现中子的核反应： Be＋ He→ C＋
三、核反应
2.核反应的条件：用一定能量的粒子，如α粒子、质子、中子甚至用光子去轰击原子核. 3.核反应的实质：以基本粒子(α粒子、质子、中子等)为“炮弹”去轰击原子核(靶核X)，从而促使原子核发生变化，生成新原子核(Y)，并 . 4.核反应遵从的守恒定律：在核反应中， 和 守恒.
C
2．下列有关物理学史的叙说，正确的是（ ） A.α粒子的散射实验揭示了原子内部还有复杂结构 B. 天然放射性现象揭示了原子核内部还有复杂结构 C. 质子和中子的发现揭示了原子核由质子和中子组成 D. 电子的发现揭示了原子的核式结构模型
B C
3、将天然放射性物质放入顶端开有小孔的铅盒S里，放射线便从小孔中射出，沿带电平行金属板A、B之间的中线垂直于电场方向进入电场，轨道如图所示，则： 轨迹 是射线， 轨迹 是射线， 轨迹 是射线. 板带正电， 板带负电.
α射线
与α射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做β射线. β射线由带负电的粒子（β粒子）组成，进一步研究表明β粒子就是电子. β射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几毫米厚的铝板.
原子核衰变与放射性衰变
原子核衰变与放射性衰变原子核衰变是指原子核内部粒子的变化，其中最为常见的是放射性衰变。
放射性衰变是放射性核素在放射性转变过程中产生的粒子和辐射的释放。
本文将介绍原子核衰变和放射性衰变的基本概念、类型、特征及应用。
一、原子核衰变的基本概念原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电。
原子核衰变是指原子核内部粒子（包括质子和中子）的数量发生变化的过程。
这些变化可以导致放射性衰变的发生。
二、放射性衰变的类型放射性衰变可分为三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变：α衰变是指原子核发射一个α粒子，即一个带有2个质子和2个中子的氦核。
α衰变通常发生在质子数较多、中子数较少的原子核中，因为放出α粒子可以使质子与中子的比例更接近稳定值。
2. β衰变：β衰变是指原子核内的中子转变成质子或质子转变成中子，放出一个β粒子。
β衰变通常发生在中子数或质子数过多的原子核中，以达到更稳定的核结构。
3. γ衰变：γ衰变是指原子核释放出高能量的γ射线。
γ射线是电磁波，不带电也不带质量，它能够穿透物质并对人体组织造成伤害。
三、放射性衰变的特征放射性衰变具有以下几个特征：1. 自发性：放射性衰变是自发发生的，不受外界条件影响。
2. 不可逆性：放射性衰变发生后，不可逆转。
3. 随机性：放射性衰变的发生是随机的，无法预测具体发生的时间。
4. 符合指数衰变定律：放射性衰变的衰变速率满足指数衰变定律，即放射性核素的数量随时间呈指数下降。
四、放射性衰变的应用放射性衰变在许多领域有着重要的应用。
1. 放射性同位素的应用：放射性同位素广泛应用于医学、农业、工业等领域。
例如，放射性同位素碘-131被用于治疗甲状腺疾病；放射性同位素磷-32被用于农作物探测。
2. 放射性定年法：通过分析化石中的放射性同位素含量，可以确定其年龄。
这对于地质学和考古学的研究非常重要。
3. 放射性碳测年法：通过测定有机物中碳-14的含量，可以确定其年龄。
这在考古学和古生物学研究中有广泛的应用。
认识原子与原子核：原子结构、放射性衰变及核能转化过程
● 06
第六章 总结
回顾原子与原子核的基本概 念
在本章中，我们学习了原子结构和原子核的组成， 了解了原子中电子、质子和中子的作用及相互关 系。原子是物质的基本单位，而原子核则是原子 的核心，包含着正电荷的质子和中性的中子。
核能转化过程及其应用
01 核裂变
描述核分裂的原理和应用
02 核聚变
介绍核融合的过程和实现方式
认识原子与原子核
汇报人：XX
2024年X月
目录
第1章 简介 第2章 放射性衰变 第3章 核能转化过程 第4章 原子核中的强力与弱力 第5章 原子核与宇宙的关系 第6章 总结
● 01
第1章 简介
原子的概念
原子是构成物质的基 本单位，由质子、中 子和电子组成。元素 的性质由其原子的结 构决定。
原子核的结构
03 放射性衰变
探讨放射性元素的衰变规律
探讨核能技术的发展趋势
新型反应堆 技术
介绍了目前新型 反应堆技术的发
展状况
核燃料循环
探究核燃料循环 的现状和未来发
展趋势
核安全
分析了核能安全 在未来的重要性
91%
核废料处理
讨论了核废料处 理的挑战和技术
路线
引用爱因斯坦的 名言
爱因斯坦曾说过： “人类的想象力比知 识更重要。”这句话 提醒我们不仅要关注 实际存在的事物，更 要拓展思维、勇于创 新。在科学探索中， 想象力是推动科学发 展和技术进步的重要 力量。
利用核裂变控制释放的能量产生电力
02 能源生产
核反应堆提供清洁、高效的能源
03 技术发展
研究更安全、高效的核能技术
核能的利与弊
高效清洁
核能是高效、清洁的能源 形式
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3M
4R03 A
3
4R03 N
N=A/M—阿伏伽德罗常数。6.02×10^23
1014吨 / m3
原子核的电荷、角动量和磁矩
原子核的电荷 原子呈电中性(原子核所带的正电荷必须与 轨道电子所带电荷相等，符号相反)。 确定方法：原子序数
原子核的自旋 实验证明：原子核象陀螺一样旋转着。 带电粒子运动产生磁场。
幻数的存在使人们想到，原子核内的质子和中子 按泡利不相容原理和能量最低原理分别填充自己 的壳层，当质子数和中子数均为幻数时正好填满 一个壳层。
(4) 集体模型
一方面考虑核作为集体的转动和振动，另 一方面考虑每个核子又在一个变动的非球 对称的平均势场中作独立运动，这两种运 动还有相互影响。
根据集体模型可很好说明核的转动能级和 振动能级，关于核的电器极矩、磁矩以及γ 跃迁率的计算和实验值的符合程度也都有 明显改善。
费米气体模型认为，核内核子的运动跟容 器内理想气体分子的运动类似，除了应满 足不相容原理的要求外，在半径 R r0 At /3 的球形空间内进行着自由运动，即核内核 子类似于容器内的费米子理想气体。
费米气体模型可以说明轻核的一些性质， 但不能说明中、重核的主要性质。
(2) 液滴模型
依据：核力的饱和性、原子核不可压缩性 液滴模型认为，原子核可看成是一种带电
第二章 原子核与放射性衰变
主要内容
2.1 原子核的基本性质 2.2 核模型 2.3 放射性衰变及衰变规律 2.4 典型放射性衰变 2.5 衰变纲图
概述
1896年贝克勒尔发现天然放射性现象 1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮实验中发现
质子，这是第一次实现的人工核反应。 1932年，查德威克发现了中子， 安德逊发现了正电子， 考克饶夫和瓦尔顿观察到第一次用加速粒
核衰变与核反应
核反应：核与核，或核与光子、中子、质 子等粒子相互作用的过程。
核衰变和核反应统称核过程。 区别在于，核衰变是不稳定核的自发核过
程，而核反应则是稳定核在其它粒子作用 下诱发的核过程。
核过程中的守恒定律
核子数守恒 电荷守恒 质—能守恒 动量守恒 角动量守恒
2.3.2 放射性衰变规律
对于由大量原子组成的放射源，每个原子 核都可能发生衰变，但不是所有原子在同 一时刻都发生衰变，某一时刻仅有极少数 原子发生衰变。
原子核的结合能
分析原子核的质量可以发现一个有趣的现 象：原子核的质量<各组成部分的质量和， 即怎么解释？
相对论质能关系
m mi m原子核
核子结合成原子核时，即有质量的减少， 表明在结合成原子核时释放能量，所释放 的能量称为原子核的结合能。 注意：原子核的结合能并不是由于核子结 合成原子核而具有的能量，而是把核子分 开所需要的能量。
核力
原子核内各核子之间的相互作用力，其性质： 短程力：只在相邻核子之间发生作用，作用范围
在1.5×10-13cm之内 强相互作用力：在它的作用范围内，比库仑力大
100倍 饱和性：一个核子能相互作用的其它核子数目是
有限的。使得原子核和水一样，呈现不可压缩性 ，即原子核的密度近似为常数 与电荷无关，质子和中子都受到核力作用 核力在极短程内存在斥力 核力与自旋有关
2.3.1 放射性衰变
基态(ground state) 原子核可处于不同的能量状态，平常情况 下处于最低的状态称为基态。
激发态(excited state) 原子核在某些核反应、核裂变及放射性衰 变后仍处于高能状态，称为激发态。
放射性衰变 不稳定的原子核会自发地转变成另一种核 而同时放出射线，称为放射性衰变。
的高密度、不可压缩的均匀液体，而各式 各样的核都是由这种液体形成的大小不同 的液滴。
(3) 壳层摸型
对于原子核，许多实验事实表明，当组成它的质 子数或中子数等于2,8,20,28,50,82,126这些数字 时，原子核特别稳定，这些数字称为幻数。
如：自然界质子数82、中子数126的铅同位素Pb ，双幻数，显得异常稳定。
元素的原子核。 核素：质子数、中子数均相同，并且原子
核处于同一能量状态的一种原子或原子核 同位素的化学性质完全相同(化学性质取决
于核外电子排列状况，质子数相同，表明 核外电子的数量和排布规律完全相同)。
原子核的质量
原子质量：相对质量 质子质量=1.007碳当量 中子质量=1.008碳当量 电子质量=1/1836质子
原子核质量=Z(质子数)+N(中子数)
原子核的半径
原子核 1012 ~ 1013 cm 原子 108 cm
说明原子内大部分空间为空，原子核只占 很小一部分。 原子核半径 r0 与质量数A之间存在关系：
r0 R0 A1/ 3
其中R0 为常数，值为1.531013
原子核的密度
密度
M V
M
4 3
r03
放射性核素衰变是随机的、自发的按一定 的速率进行。
每一个核在什么时候发生衰变是无法预测 的，但大量的原子核其衰变过程遵循一定 的统计规律。
放射性衰变规律
规律：某一放射性物质的衰变率是与当时 存在的原子核数目成正比。即若t时刻样品 中有N个核，在dt时间内有dN个发生衰变
子进行的人工核反应。
2.1 原子核的基本性质
原子的中心：原子核 原子核的线度只有原子的万分之一，质量 占原子的99%以上。 原子和原子核是物质结构中泾渭分明的两 个层次 元素的化学、物理性质、光谱特性与核外 电子有关，放射性现象与原子核有关。
原子核的成分
质子和中子 A=Z+N 同位素：质子数相同而中子数不同的同种
2.3 放射性核衰变
放射性有关概念
放射性：物质发射这种射线的性质。 放射性元素：具有放射性的元素。 天然放射性元素：自然界存在的放射性元素 天然放射现象：放射性元素的原子核不稳定 ，它们能自发发生蜕变，发射射线。 人工放射性同位素：用质子、中子或其他基 本粒子作为炮弹轰击原子核，改变核内质子 或中子的数目，可人工制造新的同地改 变其质子数、中子数和它的基本性质。按 原子核的稳定性可分为稳定原子核和不稳 定(或放射性)原子核两类。
其稳定性与质子数和中子数有关
N X
稳定核 放射性核（Z >84）
120
80 ZN
40
0
20
40
60
80
Z
2.2 核模型
(1) 核的费米气体模型