衰变本质及其规律

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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。

新教材高中物理第五章原子核第2节放射性元素的衰变课件新人教版选择性必修第三册

生化学反应2 X2 O + 2 F2 = 4 XF + O2 之后，XF的半衰期为( )
A. 2天
B. 4天
C. 8天
C
D. 16天
[解析] 放射性元素的衰变快慢由原子核内部的自身因素决定，与原子的化
学状态无关。
2. （2021陕西安康高三联考）已知
的
30
15 P经过时间
A. 2.5min
后还剩 2 g 的
如图所示为粒子轰击氮原子核示意图。
（1）充入氮气前荧光屏上看不到闪光，而充入氮气后荧光屏上看到了闪光，
说明了什么问题？
提示
充入氮气后，产生了新粒子。
（2）原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律？
提示
质量数与电荷数都守恒，动量守恒。
（3）如何实现原子核的人工转变？
提示人为地用粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核，可以实现原子
B. 地球的年龄大致为90亿年
C. 被测定的岩石样品在90亿年时，铀、铅原子数之比约为
1: 3
D. 根据铀半衰期可知，20个铀原子核经过一个半衰期后就
剩下10个铀原子核
[解析] 由于测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时的一半，由图像可
知对应的时间是45亿年，即地球年龄大约为45亿年，铀238的半衰期为45亿
B. C、8、17、1
C. O、6、16、1
D. C、7、17、2
[解析] 氮原子核，则 = 7；发现质子，说明 = 1，由质量数与电荷数守
恒得 = 14 + 4 − 1 = 17， = 2 + 7 − 1 = 8 ，则 X 是氧，则卢瑟福用
17
1
粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程是 42 He + 14

原子物理学原子核物理概论 (7.7.1)--β衰变

A, Z+1
-
A-4, Z-2 decay
Proton number (Z)
（ 5 ）轨道电子俘获(EC)
A Z
X

e
Z A1Y
e
衰变能E0：
Qβi = mX +me -mY c2 -Wi = MX -MY c2 -Wi
Wi为层i 电子在原子中的结合能
发生 EC 的条件：
衰变： ZAX Z A1Y e e
衰变： ZAX Z A1Y e e
轨道电子俘获（EC）：
ZAX e Z A1Y e
中微AX

e
K
Z A1Y
e
7 4
Be

e
K

37Li

e
直接证明：
e p ﾮ n e
衰变的本质
衰变：核内一个中子变成质子衰变和EC：核内一个质子变成中子
同一核子的两个不同的量子态
中子
质子
粒子
e ( e )
（ 3 ）衰变
A Z
X
Z A1Y

e
e
衰变能E0：
Q mX mY me c2
M X Zme MY Z 1me me c2
MX MY c2
衰变的条件：
Q 0 M X MY
3 H(T1 2 12.33 a)
(0.0186MeV)
衰变的条件： Q 0 M X MY 2me
13 N(T1 2 9.96 min)
2mec2 (1.02MeV)

原子核的衰变2

M X Z , A MY Z 1, A
＋衰变
表达式
衰变能
A Z
X
A Z 1

Y e e

2
Q E0 ( ) ( Z , A) ( Z 1, A) 2me c
发生条件 Q 0, 即M X MY 2me
EC(轨道电子俘获)
E0 ( ) 0

M X Z , A MY Z 1, A 2me
电荷数分别为 Z 和 Z－1 的同量异位素，前者的原子质量比后者的大两倍电子质量，才能发生＋衰变。
4、EC(轨道电子俘获)
表达式
A Z
X e

A Z 1
Y e
母核俘获核外轨道上的一个电子，使母核中的一个质子转变为一个中子，同时放出一个中微子。
2 2 2
衰变前静止质量
衰变后
衰变后
动能
静止质量
定义：-衰变能E0 为反中微子和粒子的
动能之和，也就是衰变前后静止质量之差。
2 即： E0 T T c ~ [mX (mY me )]
衰变前后静止质量的质量亏损以原子质量 M 代替核质量 m ，并忽略电子结合能
(2)、费米理论之衰变概率公式：
I p dp

g M ij 2 c
3
2
2
7 3
E
0
E

2
p dp
r
2
跃迁矩阵元：
M ij N i e
* Nf
i p p
d
N i e
* Nf
i k k r

放射性元素的衰变课件

衰变变成了稳定元素28082Pb，并写出核反应方程．
【解析】本题主要考查对衰变规律的应用和计算能力．
解法一：由于 β 衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定 α 衰变的次数，因为每进行一次 α 衰变，质量数减 4，所以 α 衰变的次数为：x＝232－4 208次＝6 次
再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断 β 衰变的次数.6 次 α 衰变，电荷数减少 2×6＝12 个，而每进行一次 β 衰变，电荷数增加 1，所以 β 衰变的次数为：y＝[12－(90－82)]次＝4 次．
3．影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物) 无关．
4．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对少量的原子核的衰变，上述规律不成立，比如有两个镭 226 原子核，不是经过一个半衰期就应该有一个发生衰变，这两个原子核何时衰变就是不可预测的．
1．衰变规律：原子核衰变时，电荷数和质量数都守恒． 2．衰变方程 (1)α 衰变：AZX→AZ－－24Y＋42He (2)β 衰变：AZX→Z＋A1Y＋－01e
3．衰变方程的书写特点 (1)核衰变过程一般是不可逆的，所以核衰变方程只能用箭头，不能用等号．
(2)核衰变的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒而杜撰出不符合实际的生成物来书写核反应方程．
【方法归纳】
应用半衰期公式
m＝m021
t T
计算．
2．半衰期公式根据半衰期的定义，原子核的数目半数发生衰变所用的时间叫做该元素的一个半衰期．所以可推测出如下公式：剩余的数目是原来数目的几分之几或剩余的这种元素的质量是原来的几分之几．

放射性元素的衰变课件

3．适用条件半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核。
对 α 衰变和 β 衰变的实质的正确理解
[典例 1] 23982U 核经一系列的衰变后变为28026Pb 核，问： (1)一共经过几次 α 衰变或几次 β 衰变？ (2)写出这一衰变过程的方程。 [思路点拨] 由题可知开始原子核为23982U，最终的原子核为20862 Pb，根据电荷数和质量数守恒可求得衰变次数从而写出衰变方程。
1．温度升高，放射性元素的半衰期会减小。
(× )
2．氡的半衰期为 3.8 天，若取 4 g 氡原子核，经 7.6 天后只剩下
1 g 氡原子核。
(√ )
1．对半衰期的理解半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素半衰期不同，有的差别很大。 2．半衰期公式 N 余＝N 原(12)t/T，m 余＝m0(12)t/T。式中 N 原、m0 表示衰变前的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t 表示衰变时间，T 表示半衰期。
[答案] A
对半衰期的理解和计算
[典例 3] 碘 131 核不稳定，会发生 β 衰变，其半衰期为 8 天。
(1)碘 131 核的衰变方程：15331I―→________(衰变后的元素用 X 表示)。
(2)经过________天 75%的碘 131 核发生了衰变。
[思路点拨]
(1)写衰变方程的依据是质量数守恒，电荷数守恒。
生产出可供研制核武器的钚 239(29349Pu)，这种钚 239 可由铀 239(23992

贝塔衰变

贝塔衰变（beta decay）是放射性原子核放射电子（β粒子）和中微子而转变为另一种核的过程，又称为'β衰变。

Beta-minus (β-) 衰变。

放出正电子的称为“正β衰变”，放出电子的称为“负β衰变”。

在正β衰变中，核内的一个质子转变成中子，同时释放一个正电子和一个中微子；在负β衰变中，核内的一个中子转变为质子，同时释放一个电子和一个反中微子。

此外电子俘获也是β衰变的一种，称为电子俘获β衰变。

因为β粒子就是电子，而电子的质量比起核的质量来要小很多，所以一个原子核放出一个β粒子后，它的质量只略为减少。

β衰变的规律是：新核的质量数不变，电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置要向后移一位。

β衰变中放出的电子能量是连续分布的，但对每一种衰变方式有一个最大的限度，可达几兆电子伏特以上，这部分能量由中微子带走。

原子核自发地放射出电子e-、正电子e+或俘获一个轨道电子e-而发生的核转变的统称。

这三种过程分别称为β-衰变、β+衰变或电子俘获。

它们可以用公式表示
β-衰变：Z A X→Z+1A Y+-10e+
β+衰变：Z A X→Z-1A Y++10e+v
电子俘获：Z A X+-10e→Z-1A Y+v
式中X、Y分别表示母核和子核，v、分别表示中微子和反中微子。

在β衰变中，母核和子核都是相邻的同量异位素。

β衰变本质上是核内中子和质子间的相互转变。