3-2-原子核衰变及半衰期
核能的衰变与半衰期
核能的衰变与半衰期核能是一种重要的能源来源，但它的稳定性和半衰期是我们需要了解和考虑的重要因素。
在本文中，我们将探讨核能的衰变过程以及半衰期的概念。
一、核能的衰变核能是指原子核内部的能量。
核能的衰变是指原子核释放出能量而转变为另一个核或粒子的过程。
这种衰变过程是随机的，无法预测任何特定核的衰变时间。
但可以根据大量核样品的平均行为来进行研究。
核能的衰变可以发生三种类型的衰变，包括α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变是指放射性核素释放出α粒子（由两个质子和两个中子组成的核片段）。
这种衰变会导致原子核的质量减少，同时也会释放出高速的α粒子和能量。
β衰变是指放射性核素中的一个中子或一个质子转变为一个电子或一个正电子，同时释放出相应的反中微子或中微子。
这种衰变会导致原子核中的中子或质子数量的改变。
γ衰变是指放射性核素的能级之间发生跃迁，释放出高能光子（γ射线）。
这种衰变并不改变原子核的质量或电荷。
二、半衰期的定义半衰期是描述放射性衰变速率的参数，表示衰变物质衰变一半所需的时间。
具体来说，半衰期是指在给定核样品中，一半的原子核会发生衰变所需的时间。
半衰期的记号通常为T½。
当时间t等于T½时，原子核的数量会减少到初始数量的一半。
根据指数衰减的性质，每经过一个半衰期，剩余原子核的数量就会减少一半。
半衰期决定了放射性物质的衰变速率以及其稳定性。
三、半衰期的测量和应用科学家通过实验来确定不同核素的半衰期。
利用放射性示踪技术和核反应技术，可以测量不同放射性核素的衰变速率以及半衰期。
这些数据对于核能发电、医学诊断和治疗、碳14定年等方面都有重要的应用。
在核能发电中，半衰期的知识对于安全管理和废物处理至关重要。
核电厂所使用的核燃料经过一定时间后，会产生大量放射性废物。
了解这些废物的半衰期可以帮助我们制定合理的储存和处理方案，以确保人类和环境的安全。
此外，半衰期还被广泛用于医学诊断和放射治疗。
例如，放射性同位素碘-131常用于甲状腺扫描和治疗。
原子核稳定性核衰变和半衰期
原子核稳定性核衰变和半衰期原子核稳定性、核衰变和半衰期原子核稳定性、核衰变和半衰期是核物理学中重要的概念。
了解这些概念有助于我们理解放射性物质的特性以及核能的应用。
本文将对原子核稳定性、核衰变以及半衰期进行详细介绍。
一、原子核稳定性原子核由质子和中子组成，稳定的原子核通常具有适当的质子-中子比例。
在原子核中，质子间的电荷排斥力相互作用力大于吸引力，因此质子间的排斥力趋向于不稳定。
中子通过强相互作用力中和了质子间的排斥力，使得原子核保持相对稳定。
原子核稳定性受到质子数和中子数的影响。
通常情况下，质子数和中子数相近的原子核更稳定。
例如，氢-1核只有一个质子和零个中子，属于最稳定的核。
而质子数和中子数相差很大的核则相对不稳定。
当原子核的质子数较大时，需要更多的中子来中和质子间的排斥力，以保持相对稳定。
二、核衰变核衰变是指原子核自发地释放能量或粒子，以达到更稳定的状态。
核衰变可以通过以下三种方式发生：α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变：在α衰变中，原子核释放一个α粒子，即两个质子和两个中子的组合。
α粒子相当于一个氦离子，带有两个正电荷。
α衰变会使原子核的质子数和中子数减少，因此原子核的质量数会减少4个单位。
2. β衰变：在β衰变中，中子转变为质子或质子转变为中子。
这一过程会伴随着释放一个带有电荷的β粒子。
电子形式的β粒子表示为β-衰变，而正电子形式的β粒子表示为β+衰变。
β衰变会改变原子核的质子数或中子数，从而改变元素的化学特性。
3. γ衰变：在α或β衰变之后，原子核可能处于激发态。
为了回到基态，原子核释放出一个光子，即γ射线。
γ衰变并不改变原子核的质子数和中子数，只是释放能量。
三、半衰期半衰期是用来描述特定核衰变过程中原子核数量减少一半所需的时间。
半衰期是一个固定的时间间隔，与某种放射性物质的特性相关。
半衰期是放射性物质的重要特征之一，它决定了放射性衰变的速率。
不同的放射性物质具有不同的半衰期，从几微秒到数亿年不等。
高中物理第3章原子核与放射性第2节原子核衰变及半衰期鲁科35鲁科高二35物理
第三十页，共五十页。
[解析] 21803Bi 经一次衰变变成210aX，由于质量数不变，所以只 发生了一次 β 衰变，核电荷数增加 1 即 a＝83＋1＝84，①是 β 衰变.21803Bi 经一次衰变变成81bTi，由于核电荷数减少 2，所以只 发生了一次 α 衰变，质量数减少 4，即 b＝210－4＝206，②是 α 衰变，故 A、C 项均错误，B 项正确；20861Ti 变成20862Pb，质 量数不变，核电荷数增加 1，所以只能经过一次 β 衰变，故 D 项错误． [答案] B
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将 α、β、γ 三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场， 如图表示射线偏转情况中正确的是( )
A．①③
B．①④
C．②③
D．②④
[思路点拨] 求解本题应把握以下两点：
(1)α 粒子、β 粒子在磁场中偏转，求半径再比较．
(2)α 粒子、β 粒子在电场中做平抛运动，求偏向位移再比较． 12/9/2021
12/9/2021
第十九页，共五十页。
对某一确定的 x 值，α、β 粒子沿电场线偏转距离之比为 yyαβ＝qqαβ·mmβα·vv22βα
1 ＝21×1 8440×（（00.9.19cc））22≈318. 由此可见③错误，④正确．
[答案] B
12/9/2021
第二十页，共五十页。
求解此类题目要熟知以下两点 (1)三种射线的带电性质． (2)正、负电荷在电场或磁场中的运动规律及解题方法．
速度
0.1c
0.9c
c
在电场或磁场
与 α 射线反向
偏转
不偏转
中
偏转
贯穿本领
最弱用纸能挡 较强穿透几毫 最强穿透几厘
第二节原子核衰变及半衰期
天然放射现象说明了原子核具有复杂的结构。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，
射线到底是什么？
• 在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？ • 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？
• 这些射线带不带电呢？
人们同通过把这些射线加入电场或磁场， 根据其偏转情况知道，这些射线有三种：
答案：D
例 2:23982U 核经一系列的衰变后变为 28026Pb 核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)28026Pb 与 29328U 相比，质子数和中子数各少多少？ (3)综合写出这一衰变过程的方程。
二、衰变的快慢—半衰期(T)
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．
当原子核发生以上三种射线时，即称为原子核的衰变。
二、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： α衰变：放出α粒子的衰变，如
β衰变：放出β粒子的衰变，如
3．规律： 原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量 数都守恒．
说明： 1. 中间用单箭头，不用等号； 2. 是质量数守恒，不是质量守恒; 3. 方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。
带正电：α射线（氦原子核）
带负电：β射线（电子） 不带电：γ射线（光子）
α射 线
β射 线
Байду номын сангаасγ射 线
成分 速度
氦原子核 1/10光速
高速 电子流 高能量 电磁波
接近光速 光速
贯穿能力
弱 较强 很强
电离能力
很容易 较弱 更小
【原创】3.2原子核衰变及半衰期 校本作业(含答案)
2020-2021学年下学期高二年级物理学科校本作业答案内容：选修3-5 3.2 原子核衰变及半衰期班级__________ 姓名__________ 座号__________ 成绩__________ 1．【a】天然放射现象说明( )A．原子不是单一的基本粒子B．原子核不是单一的基本粒子C．原子内部大部分是空的D．原子是由带正电和带负电的基本粒子组成的解析：选B 天然放射现象是自发地从原子核里放出粒子而转变为新元素的现象，说明原子核不是单一的基本粒子，B正确；α粒子散射现象说明原子内大部分是空的，A、C项不是由天然放射现象说明的。
2.【a】放射性元素放出的射线，在电场中分成a、b、c三束，如图所示，其中( )A．c为氦核组成的粒子B．b为比X射线波长更长的光子流C．b为比X射线波长更短的光子流D．a为高速电子组成的电子流解析：选C 根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，a射线向电场线方向偏转，应为由带正电的粒子组成的α射线，D错。
b射线在电场中不偏转，所以为γ射线，其波长比X射线短，B错，C正确。
c射线受到与电场方向相反的电场力，应为由带负电的粒子组成的β射线，A错。
3．【a】在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是( )A．γ射线的贯穿作用B．α射线的电离作用C．β射线的贯穿作用D．β射线的中和作用解析：选B 由于α粒子电离作用很强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，故B正确。
4．【a】由原子核的衰变规律可知( )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解析：选C 一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线；原子核发生衰变后，核电荷数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质应发生改变；发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减小1。
高中物理课件第3章 第2节 原子核衰变及半衰期
第2节 原子核衰变及半衰期
学 业
分
层
测
评
知
识
点
二
学习目标
1.知道什么是放射性及放射性元素．(重点) 2．知道三种射线的本质和特性．(重点、 难点) 3．知道原子核的衰变和衰变规律．(重点) 4．知道什么是半衰期．(重点)
知识脉络
天然放射现象的发现及放射线的本质
[先填空] 1．天然放射现象的发现 (1)天然放射现象：物质能自发地放出 射线 的现象． (2)放射性：物质放出 射线 的性质，叫做放射性． (3)放射性元素：具有 放射性 的元素，叫做放射性元素． (4)天然放射现象的发现：1896年，法国物理学家 贝可勒尔 发现了天然放 射现象．
E．衰变过程中共有4个中子转变为质子
【解析】
209 83
Bi的中子数为209－83＝126，
237 93
Np的中子数为237－93＝144，
209 83
Bi的原子核比
237 93
Np的原子核少18个中子，A错、B对；衰变过程中共发生了α衰
变的次数为
237－209 4
＝7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)＝4次，C对、D错，
N＝12 N0，
即0.25N0＝12 N0，故5 7t30＝2，t＝11 460年． 【答案】 (1)164C―→－01e＋174N
(2)11 460年
1．衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒． (1)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2，质量数减少4. (2)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1，质量数不变． 2．利用半衰期公式解决实际问题，首先要理解半衰期的统计意义，其次要 知道公式建立的是剩余核的质量与总质量间的关系．
原子核的三种主要衰变特性及其比较
----- . -zj资料- 分类号：TQ242．3单位代码：XXXX密级：一般学号：XXXXX本科毕业论文（设计）题目：原子核的三种主要衰变特性及其比较专业：物理学姓名：XX指导教师：XX职称：教授答辩日期：二0一五年六月十四日原子核的三种主要衰变特性及其比较摘要：物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。
是一门以实验研究为基础的自然学科。
核物理学又称原子核物理学，是20世纪新建立的一个物理学分支。
它是一门既有深刻理论意义，又有重大实践意义的学科。
核物理与核技术已经成为当今世界上最有生命力、发展最为迅速、影响力最大、成果最多的学科之一。
所以说，对于原子核物理的认识也就必不可少了。
然而对于原子核物理的了解，最重要的手段就是对原子核衰变的研究。
原子核的衰变是极其复杂的，为了更好的认识原子核，加深对原子核衰变的理解，我们对原子核的三种主要衰变特性进行比较。
关键词：原子核三种衰变比较Abstract: Subject matter physics is the study of the most general laws of motion and the basic structure of matter. Is a research-based experimental natural sciences. Nuclear physics, nuclear physics, also known, is a branch of physics newly established 20th century. It is both a profound theoretical significance and great practical significance of the subjects. Nuclear physics and nuclear technology has become the world's most vital, the fastest growing, most influential, one of the largest achievement disciplines. So, for the understanding of nuclear physics also indispensable. However, for the understanding of nuclear physics, research is the most important means of nucleus decay. Nuclear decay is extremely complex, in order to better understand the nucleus, to deepen understanding of nuclear decay, we have three main nuclei decay characteristics were compared.Key Words: Atomic nucleus; three kinds of decay; Compare衰变亦称"蜕变"。
原子核的衰变 半衰期教学课件-高二物理人教版(2019)选择性必修第三册
[解析] (1)设23982U 衰变为20862Pb 经过 x 次 α 衰变和 y 次 β 衰变。 由质量数守恒和电荷数守恒可得
238＝206＋4x
①
92＝82＋2x－y
课堂达标
1．(多选)原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出 射线。这些射线共有三种：α射线、β射线和γ射线。下列说法中正确 的是( AD )
A．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少2 B．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4 C．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1 D．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1
(2)如果不对，那到底是什么原因呢？
提示：(1)不对。放射性元素的半衰期由原子核本身的因素决定， 与外界环境等因素无关。
(2)地壳中原有的22826Rn 早已衰变完了，目前地壳中的22826Rn 主要 来自其他放射性元素的衰变。
有关半衰期的两点提醒 (1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时 间，而不是样本质量减少一半的时间。 (2)经过 n 个半衰期，剩余原子核 N 剩＝21nN 总。
3)半衰期由原子核内部因素决定，与化学状态和外部条件没有关系.
课堂探究
思考1 原子核α衰变实质是放出一个氦原子核，β衰变实质是放出 一个电子。 试探究：(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线？ (2)γ射线又是怎样产生的？
(1)不能，一次衰变只能是α衰变或β衰变，而不能同时发生α衰变和β衰变。 (2)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。
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m0
(
1 2
t
)
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3.不同的放射性元素，半衰期不同。
半衰期是由元素原子核本身的因素决 定的，与原子所处的物理、化学状态及周 围环境、温度都无关。
考古学家确定古木年代的方法是用放射性 同位素作为“时钟”，来测量漫长的时间，这 叫做放射性同位素鉴年法．
4、注意：
(1)“单个的微观事件是不可预测的”，所以，放射 性元素的半衰期，描述的是统计规律。
A．a为α射线、b为β射线 B．a为β射线、b为γ射线 C．b为γ射线、C为α射线 D．b为α射线、C为γ射线
BC
例题分析
例题：在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原
来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电
粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所
示，由图可以知（ BD ）
A.该核发生的α衰变
B.该核发生的β衰变
经过一系列衰变和衰变后，可以变
成稳定的元素铅206 (28026P，b) 问这一过程衰
变和衰变次数？
解：设经过x次衰变，y次衰变
2 9U 3 2 82 8P 0 2 6x b 2 4 H y e 1 0 e
238＝206＋4x
x＝8
92 = 82 + 2x y
y＝6
元素的化学性质 决定 原子核外的电子
射线 来源 原子核
人们认识原子核的结构是从 天然放射现象 开始的。
四.衰变快慢----半衰期
放射性元素衰变的快慢有一定的规律。
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．
半衰期表示放射性元素 衰变快慢的物理量。
2、半衰期
放射性元素的剩余质量 与原有质量的关系：
天然放射现象
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，原子序数小于83的元素， 有的也具有放射性．
放大了1000倍的铀矿石
二.放射线的本质
射线
射线
射线
请根据洛伦兹力的知识来判断这三束各是什么射线?
放射性物质发出的射线有三种：
天然放射现象
阅读课文填写表格：
射线
射线
射线
成分
速度
氦原子核
4 2
He
1/10光速
高速电子流
0 1
e
接近光速
高能量 电磁波
光速
贯穿能力
弱 较强 很强
电离能力
很容易 较弱 更小
三.原子核衰变
原子核由于放出某种粒子而转变为新核的 变化叫做原子核的衰变。
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
U238在衰变时产生的钍234也具有放射性，
放出 离子后变为（镤）Th234，上述的过程可以
1、半衰期: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。
m
m0
(
1 2
t
)
2、不同的放射性元素，自身因素决定。
放射性元素半衰变是一个统计规律。
高考题回顾：
1．图中P为放在匀强电场中的天然放射源， 其放出的射线 在电 场的作用下分成a、b、c 三束，以下判断正确的是
3.原子核衰变的分类:
（1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变．
ZAXAZ42Y 24He
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
ZAXZA1Y 10e
（3）γ衰变: 伴随射线或射线产生.
具有放射性的元素不论它是以单质的形式 存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性 都不受影响。
放射性与元素存在的状态无关。
用下面的衰变方程表示：
U 238
92
234 90
Th
＋
4 2
He
衰变
234 90
Th
e 234
91
Pa
＋
0 -1
衰变
在放射性元素的原子核中：
结合
质子
中子
转化
和
中子
质子 电子
衰变 衰变
为什么
射线经常是伴随 射线和 射线产生的.
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中
有的发生衰变，有的发生衰变，同时
伴随着 辐射。这时射线中就会同时具有 、和 三种射线。
(2)半衰期的长短由核内部自身的因素决定，跟所处 的化学状态和外部条件都没有关系。
5、应用
1、人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的 衰变规律，测定地球的年龄为46亿年。地壳有一部 漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。
2、碳14测年技术，14C是具有放射性的碳的同位素， 能够自发的进行β 衰变，变成氮。
钡铀云母
翠砷铜铀矿
斜水钼铀矿
铀钙石矿
天然放射性元素的原子核发出的 射线可使照相底片感光
照相底片
铅盒
射 线
放 射 源
放射性元素
居里和居里夫人在贝可勒耳的建议下，对 铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了 发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她 的祖国波兰而命名为钋（Po)，另一种命名为 镭（Ra）。
3-2 原子核衰变与半衰期
斜水钼铀 矿
翠砷铜铀矿
人们通过什么现象或实验发现原子核是由 更小的微粒构成的？
人们认识原子核的 结构就是从天然放 射性开始的。
一、天然放射现象
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现， 铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这 种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质 发射射线的性质称为放射性．具有发射性的 元素称为放射性元素．元素这种自发的放出 射线的现象叫做天然放射现象．
课堂总结
一、原子核的衰变
1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子 核的衰变（decay）．
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:总是伴随射线或射线产生.
二、半衰期
ab
C.磁场方向一定垂直纸面向里
D.磁场方向向里还是向外不能判定
巩固练习:
1、下面的事实揭示出原子核具有复杂结构的是 D
A、粒子散射实验 B、氢光谱实验
C、X光的发现
D、天然放射现象
2、完成下面的核反应方程式
28286Ra28262Rn
4 2
He
28124Pb28134Bi
0 1
e
3. U 238 92