衰变及衰变规律
放射性元素的衰变(ppt)
天然放射性元素的原子核发出的射线 可使照相底片感光
铅盒
照相底片 射 线
放 射 源
天然放射现象
放射性型物质发出的射线有三种：
二、三种射线
阅读课文填写表格：
射线
射线
射线
成分
氦原子核
高速 电子流 高能量 电磁波
速度
1/10光 速
接近光 速
光速
贯穿能力 电离能力
弱
很容易
较强
较弱
电荷数变了，它在周期表中的位置就变 了，变成另一种原子核。
2.衰变原则： 质量数守恒，电荷数守恒。
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， 上述的过程可以用下面的衰变方程表示：
U 238
234 90
Th
＋
4 2
He
234 91
Pa
＋
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
法国物理学家贝克勒尔 1、放射性：物质发射射线的性质称为放射性．
2、放射性元素：具有发射性的元素称为放射性元 素．
3、天然放射现象：元素这种自发的放出射线的现 象叫做天然放射现象．
天然放射现象
放射性不是少数几种元素才有的，研究 发现，原子序数大于或等于83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．
1．半衰期：半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的 时间用T表示。
注意： (1)每种放射性元素都有一定的半衰期，不同元素半衰期不同。 (2)半衰期由核内部本身的因素决定，而跟原子所处的物理状态 或化学状态无关。 (3)半衰期是一个宏观统计规律，只对大量的原子核才适用，对 少数原子核是不适用的． 2．半衰期公式：N=N0（1/2）t/T 或 m=m0（1/2）t/T 说明式中各量的意义
放射性衰变的种类和规律
25
1、衰变规律
指数衰减规律 N = N0e-t
N0: （t = 0）时放射性原子 核的数目
N: 经过t时间后未发生衰变的放射性原子核 数目
:放射性原子核衰变常数（单位时间内一个原 子核衰变的几率）
子核（基态） （0.0）
射线是什麽？ 射线就是高能量的光子：几百keV-MeV 量级 衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃
迁，在这个过程中发射 射线，原子核能态降低。 射线是高能量的电磁辐射—— 光子
21
衰变特点：
1.从原子核中发射出光子 2.常常在 或 衰变后核子从激发态退激时发生 3.产生的射线能量离散 4.可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别
5
放射性来源于原子核的衰变：
不稳定的核素
衰变
稳定的核素
• 原子核自发地放射出某种粒子或射线的现象，称为放射性。
• 放射性不受物理、化学等环境条件的影响，是原子核的内在
特征。
6
射线在电场中的偏转
： 在电/磁场中偏转，与带正电荷离子流相同； ： 在电/磁场中偏转，与带负电荷粒子流相同； ： 在电/磁场中不偏转，电中性。
T1
2
ln 2
0.639
半衰期是放射性原子核的重要特征常数之一
不同放射性核有不同的半衰期
27
3. 平均寿命τ
放射性原子核的每一个原子核生存时间的平均值
有的核在 t 0 时刻就衰变了
有的核在 t 时才衰变
所有核的总寿命： 0 Ntdt
t N 0e t dt
0
1
衰变及其规律PPT课件
• 【方法总结】
• 由以上两式联立解得
• n＝(A－A′)/4，
• m＝(A－A′)/2－Z＋Z′.
• 由此可见确定衰变次数可归结为求一个二元一
次方程组的解．有了这个方程组，确定衰变次
数就十分方便．
• 实际确定方法：根据β衰变不改变质量数，首先 由质量数改变确定α衰变次数，然后根据核电荷 数守恒确定β衰变次数．
例1
1 1 2 2EkH＋ΔE＝ mHevHe＋ mnv2 n. 2 2 联立以上三式解得氦核的动能为 mn2EkH＋ΔE 1 2 EkHe＝ mHevHe＝ 2 mHe＋mn － 1.6745×10 27×2×0.35×3.26 ＝ MeV －27 － 27 5.0049×10 ＋1.6745×10 ＝0.99 MeV.
• • • • •
A．X1―→137 56Ba＋10n B．X2―→131 54Xe＋ 0－1e C．X3―→137 56Ba＋ 0－1e D．X4―→131 54Xe＋11p 【精讲精析】 根据核反应方程的质量数、电 荷数守恒知，131I的衰变为选项B,137Cs的衰变 为选项C,131I的中子数为131－53＝78， 137Cs的中子数为137－55＝82. • 【答案】 B C 78 82
• 4．核能的有关计算
• (1)根据质量亏损计算
• 根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时
质量亏损 (Δm) 的千克数乘以真空中光速 (3×108
m/s)的平方，
• 即ΔE＝Δmc2.①
• (2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能
量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质
量单位数乘以931.5 MeV，
(2011 年高考海南卷 )2011 年 3 月 11 日，
放射性元素的半衰期与衰变规律
放射性元素的半衰期与衰变规律在我们探索物质世界的奥秘时，放射性元素的半衰期与衰变规律是一个引人入胜且至关重要的领域。
这不仅在科学研究中具有重要意义，也在许多实际应用中发挥着关键作用。
首先，让我们来了解一下什么是放射性元素。
简单地说，放射性元素就是那些原子核不稳定，会自发地放出射线（如α射线、β射线、γ射线等），从而转变为另一种原子核的元素。
这种自发的变化过程就被称为衰变。
而半衰期，是描述放射性元素衰变快慢的一个重要概念。
它指的是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
打个比方，如果一种放射性元素的半衰期是 1 天，那么经过 1 天后，原来的放射性元素就会有一半变成了其他物质。
不同的放射性元素具有不同的半衰期。
有的半衰期非常短，可能只有几微秒甚至更短；而有的则很长，可以达到数十亿年。
比如，碘131 的半衰期约为 8 天，而铀 238 的半衰期则长达约 45 亿年。
放射性元素的衰变规律遵循着一定的数学规律。
假设初始时刻放射性元素的原子核数目为 N₀，经过时间 t 后，剩余的原子核数目为 N，那么它们之间的关系可以用公式 N ＝ N₀ ×（1/2)＾（t/T) 来表示，其中 T 就是该放射性元素的半衰期。
那么，为什么会有半衰期和衰变这种现象呢？这其实与原子核内部的结构和能量状态有关。
原子核由质子和中子组成，它们之间存在着很强的相互作用力。
当原子核的结构不稳定，内部能量过高时，就会通过释放粒子或射线来降低能量，达到更稳定的状态，这就是衰变的本质。
半衰期的长短取决于多个因素。
首先是原子核内部的结构和质子、中子的比例。
如果这个比例不合适，原子核就更容易发生衰变。
其次，原子核的质量也会影响半衰期。
一般来说，质量较大的原子核相对更不稳定，半衰期可能较短。
放射性元素的半衰期和衰变规律在许多领域都有着广泛的应用。
在医学上，放射性同位素常用于诊断和治疗疾病。
例如，碘 131 可以用于治疗甲状腺疾病，因为甲状腺会吸收碘。
放射性元素的衰变 课件
一、原子核的衰变
阅读教材“原子核的衰变”,理解衰变类型及其规律。
1.衰变的定义是什么?
答案:原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的过程。
2.衰变有几种类型?写出其衰变规律。
-4
答案:(1)α 衰变: X→-2 Y+42 He(新核的质量数减少 4,电荷数减
少 2)。
2
92
-1
22
归纳总结衰变次数的判断方法
(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2。
(3)每发生一次β衰变中子数减少1,质子数增加1。
对半衰期的理解及有关计算
问题导引
右图为氡衰变剩余质量与原有质量比值示意图。
纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t=0时的质量m0的比值。
关键。
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
典例剖析
238
206
【例题 1】 92 U 核经一系列的衰变后变为 82 Pb 核,问:
(1)一共经过几次 α 衰变和几次 β 衰变?
(2)206
Pb
82
238
与 92 U 相比,质子数和中子数各少了多少?
(3)写出这一衰变过程的方程。
【思考问题】 原子核衰变时遵循什么规律?
3.写出半衰期公式
答案:N 余=N 原
1
2
,m 余=m 原
1
2
,其中 τ 为半衰期。
1.思考辨析。
(1)由原子核发生β衰变时放出的β粒子是电子,可知原子核内一定
存在着电子。 (
)
解析:原子核内并不含电子,但在一定条件下,一个中子可以转化
放射性元素的衰变规律
放射性元素的衰变规律放射性元素的衰变规律是一个重要的物理学现象，它对于我们了解原子核结构和核反应过程具有重要意义。
放射性元素的衰变过程是指它们通过自发放射粒子或电磁辐射从不稳定转变为稳定的过程。
首先，让我们了解一下放射性元素。
放射性元素是指具有不稳定原子核的元素，其原子核中的质子数或中子数与稳定核的比例不匹配。
这种不平衡状态导致原子核脱离平衡态并试图通过衰变来恢复稳定。
放射性元素有三种衰变方式：α衰变、β衰变和γ衰变。
在α衰变中，放射性元素释放出一个α粒子，即由两个质子和两个中子组成的氦离子。
通过释放α粒子，放射性元素的原子核质量减少4个单位，原子序数减少2个单位。
α衰变是一种常见的衰变方式，例如铀238衰变为钍234。
β衰变是指放射性元素释放出一个β粒子，即一个电子或一个正电子。
当核子数目较多时，中子可能转变成质子释放出电子，并转变成一个新的元素。
当质子数目较多时，质子可以转变为一个中子并释放出正电子。
β衰变可以改变原子核内部的中子和质子比例，使放射性元素转变为一个新元素。
例如，碳14经过β衰变转变为氮14。
γ衰变是通过从原子核中释放出高能γ射线来实现的。
γ射线是一种电磁波，能量非常高，具有很强的穿透力。
通过释放γ射线，放射性元素的核能量得到释放，并且没有核变化。
根据放射性元素的衰变规律，每种放射性元素衰变的速率是按照指数函数衰减的。
衰变速率可以用半衰期来描述。
半衰期是指衰变掉一半的时间，具有固定的数值。
对于放射性元素，它们的半衰期可以从几微秒到数十亿年不等。
放射性元素衰变可以通过放射性衰变方程来描述。
该方程可以用于确定放射性元素在特定时间内的剩余量。
放射性衰变方程可以表示为：N(t) = N(0) * (1/2)^(t/T) 其中N(t)是时间为t时剩余的放射性元素数量，N(0)是初始放射性元素的数量，T是半衰期。
放射性元素的衰变规律在核能领域具有重要应用。
核能的产生和控制都涉及到放射性元素的衰变过程。
α、β、γ衰变的规律总结
分立谱，发射丫光子 的能量也可用于测 量原子核的能级图；
跃迁选择 定则
1，角动量守恒：
a的角动量：
L||I,If|,|l,I J 1L ,I,
2,宇称守恒：
if(1)1
允许跃迁：△1=0,±1
An=+1；
I一级禁戒跃迁：AI=0,±1,
±2An=-1；
n级禁戒跃迁：A1=土n,±(n+1)An=(-1)n
取大能量在几十kev~Mev
Kev~Mev
反应式
Ax:42丫+；
;
:AXay—
・ZXZ1Ye
・Axay
・Z八Z 1 Te
ec・；xeZAYe；
:XZAX；
；
发生的条 件（能量）
MX(Z,A)>My(Z-2,A-
4)+Ma(2,4)
3-:
MX(Z,A)>MY(Z+1,A)or△
(Z,A)>△(Z+1,A)
在B衰变的孤立系统中，角 动量守恒，轻子带走的轨道 角动量越大，跃迁级次越咼， 即跃迁矩阵元越小，衰变越 难发生
角动量守恒，(0T0跃迁不发射丫光子， 这是由于无法提供 丫光子的内禀角动 量为1)影响后面的 选择定则，同时角动 量越大，跃迁概率越 小，越难发生。
宇称对衰 变的影响 是怎样
的？为什 么？
宇称守恒(在强相 互作用和电磁相互 作用中，宇称是守 恒的)
if( 1)1其
中1a是a带走的总 角动量(因为a自 旋为0,故就等于它 的轨道角动量)
宇称不守恒(弱相互作用中 宇称不守恒),B衰变中放出 电子和中微子，电子-中微子 场与原子核的相互作用为弱 相互作用；但在非相对论情
衰变及衰变规律
法定单位：贝克勒尔（Bq）
1Bq每秒钟发生一次衰变
衰变及衰变规律
放射性活度
N = N 0e
t
A= N = N0 e - t = A0 e - t
A = A0e
t
原子核的放射性活度随时间按指数规律减少。
衰变及衰变规律
放射性活度的单位
单位：秒-1 法定单位：贝克勒尔（Bq） 1Bq每秒钟发生一次衰变
X射线的产生及其特点
X射线的本质
波动性
X 射线波长的度量单位常用埃（ Å）表示；通用的国际 计量单位中用纳米（nm）表示，它们之间的换算关系 为： 1nm=10 Å X射线的波长范围： 0.01~100 Å 硬 X 射线：波长较短的硬 X 射线能量较高，穿透性较强， 适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。 软 X 射线：波长较长的软 X 射线能量较低，穿透性弱， 可用于非金属的分析。
数量为
N0 2
T1 2
为半衰期
衰变及衰变规律
衰变规律
N0 N N t 0
N t
2 N0 N 2
0
N 0N 0 4 4
8 N 0N 8
0
0
0
T1 2T1 2 3 T T 12 2 2T 1 2 12
tt
衰变及衰变规律
衰变规律
t
N
… t = nT1/2
… 2-nN0
n= t/T1/2
衰变及衰变规律
A
Z
X
元素符号
原子及原子核结构
核素举例
238 92
U
60 26
Co
137 55
Cs
铀-238
钴-60
铯-137
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衰变及衰变规律
β+衰变表达式
A
ZX
A Z-1
Y+
+ e
+v
例如
12 7
N C e
12 6
*相当于原子核中一个质子子变为一个中子和一个正电子
衰变及衰变规律
EC表达式
A Z
X
+
e
A Z-1
Y
7 3
7 4
Be e Li
0 1
衰变及衰变规律
γ衰变
核素由高能态向低能态或激发态向基态跃迁的过程 中释放出γ射线或称光子，单纯γ衰变时子核的质量和 原子序数均不变，只是能量状态的改变。 射线是一种高能光子（电磁波）。
o
o
o
同位素具有相同的元素符号
二、衰变及衰变规律
衰变及衰变规律
核素的分类
稳定性核素 不稳定核素 (放射性核素）： 不稳定的核素会以什么样的方式存在呢？
衰变！
衰变及衰变规律
衰变的概念
放射性核素发生核内结构或能级的变化，同时 自发地放出一种或一种以上的射线而转变成另一种 核素的过程为“核衰变”。
原子核所具有衰变特性称为放射性。
原子及原子核结构
原子核的大小
原子核半径小于原子半径的万分之一，体积占原子体积的几千亿分之一。
原子的质量集中在原子核。
原子及原子核结构
核外电子排布
核外电子的排布：壳层结构 壳层结构是构成物质化学 性质的根源。
原子及原子核结构
核素的概念
把质子数相同，中子数也相同，核能级处于同 一状态的一类原子核， 称为同一种核素。 质量数 （质子数+中子数） 原子序数 （质子数）
法定单位：贝克勒尔（Bq）
1Bq每秒钟发生一次衰变
衰变及衰变规律
放射性活度
N = N 0e
t
A= N = N0 e - t = A0 e - t
A = A0e
t
原子核的放射性活度随时间按指数规律减少。
衰变及衰变规律
放射性活度的单位
单位：秒-1 法定单位：贝克勒尔（Bq） 1Bq每秒钟发生一次衰变
原子及原子核结构
物质的组成
分子
分 裂 构 成
物质
原子
得失电子
离子
原子及原子核结构
原子的构成
原子核
（带正电）
电荷
实际质量
质子 +1 1.6726×10-27kg 1.007 中子
原子
不显电性
0 -1
1.6748×10-27kg 1.008 (1.6748×10-27) kg 1836
核外电子
（带负电）
A-4 Z-2
222 86
Y + He
4 2
4 2
Ra Rn He ( α)
衰变及衰变规律
0.186MeV
衰变及衰变规律
β衰变
β衰变的种类：
β- 衰变
β+ 衰变
EC(轨道电子俘获)
衰变及衰变规律
β-衰变表达式
A
ZX
例如
A Z+1
234 91
Y+
e
+ v
_
234 90
Th Pa e
*相当于原子核中一个中子变为一个质子和一个电子
-n
衰变及衰变规律
衰变规律
定义：
T1 / 2 =
ln 2
=
0.693
t
可得：
N = N 0e
上式为由于原子核的衰变，原子核的数量随时 间按指数规律减少。
衰变及衰变规律
半衰期
不同核素的T1/2值差别很大，几种常用放射性核 素的半衰期是：
24Na ：T 32 60 14 1/2
= 15.6小时 5.3年
数量为
N0 2
T1 2
为半衰期
衰变及衰变规律
衰变规律
N0 N N t 0
N t
2 N0 N 2
0
N 0N 0 4 4
8 N 0N 8
0
0
0
T1 2T1 2 3 T T 12 2 2T 1 2 12
tt
衰变及衰变规律
衰变规律
t
N
… t = nT1/2
… 2-nN0
n= t/T1/2
衰变及衰变规律
可知： -n t = n T1/2 时 N = 2 N0 这是一个由实验可以测出来的规律, 对其两边取 自然对数：
所以可得：
lnN = ln( 2 N0 ) -n = ln2 + lnN0 = -nln2 + lnN0 = lne-nln2 + lnN0 = lnN0e-nln2 N = N0e-nln2
衰变及衰变规律
衰变的种类
根据衰变放出射线的种类
α衰变
β衰变 γ衰变
衰变及衰变规律
α衰变
具有放射性的原子核放射出 α 粒子而转变成另 外一种核素的过程。 + α粒子：高速运动的氦原子核。 子 核 + + 母 核
+ + +
+
+ + + + +
+
α粒子， 即氦核
衰变及衰变规律
α衰变表达式
A
ZX
226 88
A
Z
X
元素符号
原子及原子核结构
核素举例
238 92
U
60 26
Co
137 55
Cs
铀-238
钴-60
铯-137
原子及原子核结构
同位素
具有相同质子数，不同中子数的核素，由于 它们在元素周期表中处于相同的位置，因此将它 们互称为同位素。
原子及原子核结构
同位素
234
U
235 17
U
238U 18
16
A Z
Y Y γ
A Z
Y* 表示处于激发态的原子核。
衰变及衰变规律
衰变纲图
60Co(T = 5.27a)
– 0.311MeV(100%) 1 2
60Ni
1.17MeV 1.33MeV 0
60Co的衰变过程
衰变及衰变规律
衰变纲图
5.4% 94.6%
衰变及衰变规律
衰变规律
T 假定测量时间为t,经过 1 2 时间后，原子核的
P ：T1/2 = 14.3天
Co：T1/2 = C ：T1/2 = 5720年 ：T1/2 =4.5109年
238U
衰变及衰变规律
衰变常数
λ：称为衰变常数 单位时间内每个原子核发生衰变的几率。 衰变常数的大小表征原子核衰变的快慢程度。
衰变及衰变规律
放射性活度
定义：
A= λN
单位时间内原子核发生衰变的次数。 单位：秒-1
Contents
核辐射物理学基础
前言
物理量单位介绍：
1.电量单位：
库伦（C） 单位电量 e： 1e=1.6X10-19C 2.能量单位： 焦耳（J） 1J=1CV eV 电子伏特
主要内容
一、原子及原子核结构 二、衰变及衰变规律 三、X射线的产生及其特点 四、射线与物质的相互作用
一、原子及原子核结构
1kBq＝103Bq 1MBq＝106Bq
衰变及衰变规律
衰变及衰变规律
计算实例衰变Fra bibliotek衰变规律计算实例
半衰期：T1/2=1600×365×24×3600=5.04×1010s；
衰变常数：λ=0.693/T1/2=1.375×10-11s-1 原子核数量： N=(m/M)NA=(1×10-3/226)×6.02×1023 =2.665×1018 放射性活度： A = λN = 3.664×107s-1 = 3.664×107Bq