放射性衰变基本知识
物理高考知识点衰变
物理高考知识点衰变物理高考知识点：衰变衰变是物质放射性崩溃的过程，它在物理学和核化学中起着重要的作用。
衰变是一种自然现象，它涉及原子核的变化和能量的释放。
本文将介绍一些与衰变相关的物理高考知识点。
一、放射性衰变放射性衰变是指不稳定原子核自发地转变为另一种原子核的过程。
在这个过程中，原子核会释放出放射性粒子或电磁辐射。
放射性衰变通常分为三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
1. α衰变α衰变是指原子核释放出α粒子的过程。
在α衰变中，原子核会损失两个质子和两个中子，其原子序数减2，质量数减4。
α粒子由两个质子和两个中子组成，与氦原子核相同。
2. β衰变β衰变是指原子核释放出β粒子的过程。
在β衰变中，原子核中的中子会转变为质子或质子转变为中子，从而改变原子核的组成。
β衰变有两种类型：β-衰变和β+衰变。
- β-衰变：在β-衰变中，中子会转变为质子，同时释放出一个电子和一个反中微子。
原子序数增1，质量数不变。
- β+衰变：在β+衰变中，质子会转变为中子，同时释放出一个正电子和一个中微子。
原子序数减1，质量数不变。
3. γ衰变γ衰变是指原子核释放出γ射线的过程。
在其他类型的衰变中，原子核转变为更稳定的状态时会释放出能量，这种能量以电磁辐射的形式传播，形成γ射线。
γ射线是高能量的电磁波，它对物质有很强的穿透能力。
二、衰变速率衰变速率是指单位时间内衰变物质的数量变化。
它可以用衰变常数（λ）来表示。
衰变常数与半衰期（t1/2）有关。
半衰期是指在衰变过程中，衰变物质数量减少一半所需的时间。
衰变速率可以用以下公式表示：N(t) = N0 * e^(-λt)其中，N(t)是时间t后剩余的衰变物质量，N0是初始衰变物质的质量。
e是常数2.71828。
三、放射性测定和应用放射性测定是利用衰变过程中释放出的放射性粒子或辐射来确定样品中放射性物质的含量。
放射性测定广泛应用于地质学、考古学、环境科学、医学等领域。
1. 放射性测定方法- 计数法：通过测量放射性衰变物质发出的辐射粒子或电磁辐射的数量来确定放射性物质的含量。
核反应与放射性衰变知识点总结
核反应与放射性衰变知识点总结一、核反应核反应是指原子核与原子核，或者原子核与各种粒子（如质子、中子、光子等）之间相互作用所引起的各种变化。
1、核反应的分类（1）核聚变核聚变是指轻原子核（例如氢原子核）结合成较重原子核（例如氦原子核）的过程。
核聚变需要极高的温度和压力条件，只有在太阳内部或氢弹爆炸等极端环境中才能自然发生。
在核聚变过程中，会释放出巨大的能量。
（2）核裂变核裂变是指重原子核（例如铀原子核、钚原子核）分裂成两个或多个较轻原子核的过程。
核裂变可以通过用中子轰击重核来引发，并且在裂变过程中会释放出更多的中子，从而引发链式反应。
核电站就是利用可控的核裂变反应来产生能量的。
2、核反应中的守恒定律在核反应中，存在以下几个重要的守恒定律：（1）电荷守恒反应前后原子核的电荷数总和保持不变。
（2）质量数守恒反应前后原子核的质量数总和保持不变。
需要注意的是，虽然质量数守恒，但由于在核反应中会释放出巨大的能量，根据爱因斯坦的质能方程 E=mc²，会有微小的质量亏损。
（3）能量守恒核反应中释放或吸收的能量等于反应前后系统的总能量之差。
（4）动量守恒反应前后系统的总动量保持不变。
二、放射性衰变放射性衰变是指不稳定的原子核自发地放出射线，转变为另一种原子核的过程。
1、三种主要的放射性衰变方式（1）α衰变原子核放出一个α粒子（即氦原子核，由两个质子和两个中子组成），从而转变为另一种原子核。
α粒子的穿透力较弱，但电离能力较强。
例如：铀 238 经过α衰变变成钍 234，其反应式为：²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th ＋⁴₂He（2）β衰变分为β⁺衰变和β⁻衰变两种。
β⁺衰变是原子核放出一个正电子，β⁻衰变是原子核放出一个电子。
β⁻衰变的例子：碳 14 经过β⁻衰变变成氮 14，反应式为：¹⁴₆C→ ¹⁴₇N ＋⁰₋₁eβ⁺衰变的例子：钠 22 经过β⁺衰变变成氖 22，反应式为：²²₁₁Na → ²²₁₀Ne ＋⁰₁e（3）γ衰变原子核从激发态跃迁到较低能态时，放出γ光子（即高能电磁波）。
理解放射性衰变与核反应的基本原理大学物理基础知识
理解放射性衰变与核反应的基本原理大学物理基础知识理解放射性衰变与核反应的基本原理放射性衰变和核反应是物理学领域中非常重要的概念，对于理解原子核的结构和性质有着深远的影响。
本文将介绍放射性衰变和核反应的基本原理，以及相关的物理学常识。
一、放射性衰变的基本原理放射性衰变是指某些不稳定核素通过自发的变化，转变为具有更稳定的核素的过程。
放射性衰变可以分为α衰变、β衰变和γ衰变三种类型。
1. α衰变α衰变是指原子核放出一个α粒子，即两个质子和两个中子组成的氦核，从而转变为一个不同的核素。
α衰变通常发生在重核中，因为重核的质子数和中子数都比较多，核内部的相互作用较强，因此有较高的能量。
2. β衰变β衰变包括正β衰变和负β衰变两种形式。
在正β衰变中，原子核释放出一个正电子和一个中微子，质子数减一，中子数不变，从而转变成一个不同的核素。
而在负β衰变中，原子核释放出一个负电子和一个反中微子，质子数增加一，中子数不变。
β衰变通常发生在中、轻核中。
3. γ衰变γ衰变是指原子核由一个能级跃迁到另一个能级时，释放出γ射线的过程。
γ射线是电磁辐射的一种，能量最高，穿透力最强，但不带电、不带质量。
二、核反应的基本原理核反应是指原子核之间的相互作用，包括裂变反应和聚变反应两种类型。
1. 裂变反应裂变反应是指重核（如铀-235）被慢中子撞击后变得不稳定，分裂成两个或更多的碎片核并释放出大量的能量。
裂变反应是核电站中核能利用的基础，也是核武器的原理之一。
2. 聚变反应聚变反应是指两个轻核（如氘和氚）发生碰撞并相互融合，形成一个更重的核和一个或多个中子。
聚变反应是太阳等恒星能量来源的主要机制，也是研究可控核聚变的重要方向。
三、核能的应用与影响核能的应用包括核电站的发电、医学上的放射性同位素应用、核武器等。
核能的利用对能源问题、环境问题以及国家安全等方面都有着重要影响。
1. 核电站核电站利用核裂变反应的能量产生蒸汽驱动涡轮机发电。
核电站具有能源密度大、燃料资源丰富等优点，但同时也存在核废料处理、辐射安全等问题。
放射性元素的衰变 课件
发生衰变所需的时间．
(2)决定因素 放射性元素衰变的快慢是由 核内部自身
的因素决
定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．不同的 放射性元素，半衰期 不同 ．
(3)应用 利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、 推断时间． 2．思考判断 (1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢．(√) (2)半 衰期是放射性元 素的大量原子核 衰变的统计规 律．(√) (3)半衰期可以通过人工进行控制．(×)
2．α 衰变的实质是原子核中的 2 个质子和 2 个中子结合 在一起发射出来的，α 衰变方程为：AZX→AZ－－24Y＋24He，实质是： 211H＋201n→42He.
3．β 衰变的实质是原子核内的一个中子变成一个质子和 电子，放出高速电子流，β 衰变的方程为：AZX→Z＋A1Y＋－10e， 实质是：10n→11H＋－10 e.
放射性元素的衰变
原子核的衰变
1.基本知识 (1)定义 原子核放出 α粒子 或 β粒子 ，则核电荷数变了， 变成另一种 原子核 ，这种变化称为原子核的衰变．
(2)衰变分类
放出 α 粒子的衰变叫 α衰变
叫 β衰变
．
．放出 β 粒子的衰变
(3)衰变方程
29328U→29304Th＋ 42He
29304Th→29314Pa＋ －01e.
3．探究交流 某放射性元素的半衰期为 4 天，若有 100 个这样的原子 核，经过 4 天后还剩 50 个，这种说法对吗？ 【提示】 半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所 遵循的统计规律，不能用于少量的原子核发生衰变的情况， 因此，经过 4 天后，100 个原子核有多少发生衰变是不能确 定的，所以这种说法不对.
.
(4)衰变规律
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。
放射性衰变和半衰期
放射性衰变和半衰期放射性衰变是一种自然现象，涉及到原子核中发生的变化以及放出的辐射。
这种现象广泛应用于核科学、医学和其他领域。
在本文中，我们将深入探讨放射性衰变的原理以及与之相关的重要概念——半衰期。
一、放射性衰变的基本原理放射性衰变是指某些原子核自发地发生变化，从而释放出辐射。
常见的衰变类型包括α衰变、β衰变和γ衰变。
在α衰变中，原子核放出一个α粒子（由两个质子和两个中子组成），从而使原子核的质量数减少4，原子序数减少2。
β衰变则包括β+衰变和β-衰变。
在β+衰变中，一个质子转化为一个中子，释放出一个正电子和一个电子中微子；而在β-衰变中，一个中子转化为一个质子，释放出一个负电子和一个反电子中微子。
γ衰变则是指核内某个激发态原子核通过发射γ射线退激至基态。
二、半衰期的定义和应用半衰期是指在放射性衰变中，衰变物质中一半的原子核所需的时间。
这是一个重要的概念，因为它能够帮助我们计算出物质的衰变速率和推测未来的放射性水平。
半衰期的确定通常通过实验方法进行，以观察一种放射性物质在不同时间点的剩余含量。
在不同物质中，半衰期的长度可以从纳秒到数十亿年不等。
例如，碳-14同位素的半衰期约为5730年，铀-238的半衰期约为45.7亿年。
利用半衰期，科学家可以推断物质的年龄或者监测放射性物质的衰变速率。
三、放射性衰变和半衰期的应用放射性衰变和半衰期在核医学和其他领域中有着广泛的应用。
在核医学中，放射性同位素被用于医学影像学和治疗。
例如，用于PET（正电子发射断层摄影）扫描的[^18F]-氟脱氧葡萄糖具有短暂的半衰期，因此可以在体内快速分布并被迅速排出。
这种同位素可以用来观察活动代谢的组织。
此外，半衰期是保存古代物质的一种重要方法。
通过测量古生物化石中含有的放射性同位素的剩余量，科学家可以推断出这些物质的年龄。
这对于研究地球历史和古生物学是至关重要的。
此外，在核能领域，对于控制核反应堆中放射性物质的衰变过程也是十分重要的。
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。
放射性元素的衰变
放射性元素的衰变
放射性元素的衰变是由元素的原子核自然发生改变的一种过程，它通常以半衰期来表示。
半衰期指的是某一放射性原子核类型在放射衰变过程中消失的一半数量需要花费多少时间，单位通常为年。
在这一变化过程中，原子核将不稳定的放射能量转变成更稳定的物质，这样就会产生新的元素，放射性元素的这种衰变叫做放射性衰变。
放射性元素会按照一种特定的顺序进行衰变，这种顺序叫做放射性衰变链。
例如铀-238是一种以最慢速度衰变的放射性元素，它具有较长的半衰期，大约为4.468亿年，它将以alpha衰变的方式完成改变，即发射一个α粒子（分子），以及一个$ 0^1_1 $碘原子，然后变成长度稳定的元素-锶（碘）。
放射性元素在衰变过程中放射出放射性物质，它们会产生有害的放射性辐射，因此，必须采取防范措施，以降低放射性核素的有害性。
例如，在利用放射性元素进行药物治疗时，在患者与放射性元素之间加入阻挡层，从而有效地减少放射性污染和危害。
放射性衰变的研究一直是科学界的一个重要的研究领域，放射性衰变对放射性物质交换，生物吸收，物理和化学反应，以及太阳能变化等领域具有重要作用，它们在几乎所有生命学、地质学、化学、物理学以及天文学等领域都发挥着重要作用。
因此，放射性衰变是许多科学领域不可或缺的部分，也是物质运动和能量能源研究中非常重要的一环。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
散射
散射
弹性散射 非弹性散射 α粒子－－散射现象不明显－－直线 β-粒子－－散射明显－－曲线
韧致辐射
概念
发生机率∝粒子的能量、介质原子序数的平方 与粒子的质量成反比
α粒子－－韧致辐射作用小 β-粒子－－在原子序数较大的介质中 韧致辐射作用大 核医学应用： 防护－－有机玻璃、塑料、铝等
原子核的结构
原子与原子核
原子核结构表示法
A XN → AX Z
125
I72 → 125I 53
原子核的基态与激发态
定态：轨道e运行时既不辐射也不吸收能量 基态： 激发态：
核素、同位素
核素
质子数、中子数和原子核所处的能量状态 稳定性核素 不稳定核素 同位素 131I、123I、125I 特点：化学性质、生物学特征相同 物理性质不同
性质 α射线 β射线
电子流 连续能谱 较强 10-20cm 60-7千对/cm
γ射线
光子流 单能 最强 无限大 （理论上） 很小
本质 带电粒子流 能谱 单能 穿透力 弱 射程 3-4cm （空气中） 电离能力 1-7万对/cm （空气中） 内照射危害 最大 外照射危害 几乎无
大 大
最小 最大
核衰变规律
电子俘获
概念
原理：贫中子
A
- → A Y＋v＋Q Z X＋e Z-1
能量
在核外：特征X射线、俄歇电子 在核内：γ射线、内转换电子
应用
核医学显像、体外分析、核素治疗
衰变
核衰变时放射出粒子的衰变
Am A Z X—— ZY+
+Q
特点及应用：
穿透力强、电离能力弱 ——体内显像
αβγ三种核射线的性质
放射性衰变的基本知识
放射性衰变的基本知识
原子核的结构 放射性衰变的基本知识 射线与物质的相互作用 辐射剂量及单位
学习内容和要求
了解原子的基本结构 掌握核素、同位素和同质异能素的概念 掌握稳定性核素和放射性核素的概念 掌握核衰变的类型和规律 掌握衰变常数和半衰期（物理、生物和有效） 的概念及其相互关系 掌握放射性核素的单位及其相互换算公式 了解射线和物质间的相互作用 熟悉辐射剂量及其单位换算
辐射剂量及单位
照射量 exposure 吸收剂量 absorbed does 当量剂量 equivalent does 有效剂量 effective does
照射量(空气电离能力的量）
——反映，辐射场的强
弱
光子在质量dm为的空气中释放出来的全
部电子（负电子和正电子）完全被空气 所阻止时，在空气中产生任一种符号的 离子总电荷的绝对值dQ，与空气质量 dm之比。
放射性衰变
概念 影响因素
衰变的速度、方式、释出的射线种类和 能量 －－－原子核内部的特征 不受周围环境的影响 人工放射性核素
放射性衰变的类型
衰变
衰变
-衰变 +衰变（正电子衰变） 电子俘获
衰变
衰变
核衰变时放射出粒子的衰变
A ZX A-4 Z-2
Y
4 + 2He+Q
同质异能素
概念
99mTc与99Tc
激发态表示法
思考题
1H、2H、3H
99Tc、99mTc
、4He、16O、17O、18O、
共为几种核素？哪些是同位素？哪些是
同质异能素？
放射性衰变
核力和放射性核素
核力
库仑斥力（静电排斥力） 当 Z≤20时， Z/N ＝1 －－稳定性核素 当 Z＞20 ， N/Z ＞1 当 Z＞83 －－不稳定性核素 放射性核素
有效剂量（衡量随机效应机率）
含义 E=∑TWTHT WT值：全身1；性腺为0.20；
乳腺为0.05；甲状腺为0.05； 红骨髓及肺为0.12
小结
概念：
核素、同位素、同质异能素、稳定性核素、 放射性核素、放射性活度、半衰期 放射性衰变的类型： α衰变、γ衰变 β-衰变、正电子衰变、电子俘获 射线与物质的相互作用： 电离与激发、散射、韧致辐射、湮灭辐射 光电效应、康普顿效应、电子对的生成 辐射剂量与单位： 照射量、吸收剂量、当量剂量、有效剂量
概念
发生的机率：
effect
入射光子的能量、介质的原子序数
核医学应用：
原子序数较高的物质－－光电效应占主要地位 原子序数较低的物质－－几乎不发生光电效应
PET、SPECT、γ照相机
康普顿效应 Compton
概念
发生的机率：
scattering
入射光子的能量、介质的密度
核医学应用： γ照相机－－组织病灶的错误定位 影像模糊 校正－－调节能窗的大小
电离与激发 ionization 散射 scattering 湮灭辐射 annihilation
radiation
excitation
韧致辐射 bremsstrahlung
电离与激发
电离 激发 电离密度：离子对/厘米
电荷量、速度、介质密度 核医学应用： α粒子电离作用大 ——不用于临床诊断与治疗
粒子的特点及应用
射程短、穿透力弱－－不适合作显像 电离作用强－－体内恶性组织治疗
衰变
核衰变时放射出粒子的衰变 -衰变 A A X——Z+1Y+ -++Q Z 正电子衰变 A A X——Z-1Y+ + + +Q Z 电子俘获 0 A A ZX +-1e——Z-1Y+
电子对生成 pair
概念
production
两个必需的条件：
①γ光子的能量＞1022keV ②介质的原子核参与
核医学应用：
γ射线能量较低－－不发生电子对生成
辐射量及其单位
衡量辐射与物质相互作用时能量的传递
关系以及反映与辐射效应相关的量和单 位 具有法律效力的法定单位 医学中常用的辐射量 吸收剂量、当量剂量、有效剂量
-衰变
原理：富中子的原子核
32 P→16S＋-＋Ue＋1.71MeV 能量变化 特点与应用 穿透力弱、射程短－－不能用于显像 电离作用强－－可用于核素治疗 32 15
正电子衰变
概念
原理：贫中子的原子核
F→ 8O＋β+＋ν＋Q 9 能量 湮灭辐射 应用 PET
18
18
思考题
1. 核素、同位素和同质异能素的概念 2.说明稳定性核素和放射性核素的概念 3.简述核衰变的类型 4.说明物理半衰期、生物半衰期和有效半衰 期的概念及其相互关系 5.说明放射性活度的概念 6.解释电离、激发、韧致辐射、湮灭辐射的 概念
湮灭辐射
概念 应用
小结
带电粒子与物质的相互作用
电离与激发 散射 韧致辐射 湮灭辐射
X、γ射线与物质相互作用
光电效应 photoelectric effect 康普顿效应 Compton scattering 电子对生成 pair production
光电效应 photoelectric
衰变常数与衰变公式
Nt=N0e-t
半衰期（物理半衰期）
=0.693/T1/2
（生物半衰期 有效半衰期）
T1/2、Tb、Te的关系
T1/2× Tb Te= T1/2＋Tb
放射性活度及其单位
单位时间内的核衰变次数
（衡量放射性强弱）
单位：贝克勒尔
居里
射线与物质的相互作用
带电粒子与物质相互作用
X=dQ/dm（库仑•千克-1）
吸收剂量（物质吸收辐射的能量）
——说明受照物质吸收能量多少
单位质量被照射物质吸收任何电力
辐射的平均能量
D=dE/dm（Gy
J· -1） Kg
当量剂量（衡量生物效应）
含义 HT,R=WR.DT,R
HT,R——当量剂量 DT,R——器官剂量 R－辐射类型 T—组织/器官 WR——辐射权重因子 单位：Sv 1Sv =1J/kg