原子物理-衰变规律
高中物理-放射性元素的衰变
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
X
Z A1Y 10e
一、原子核的衰变
3.原子核衰变的分类: （2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
23940Th29314Pa 10e
24 11
Na
1224Mg
10e
一、原子核的衰变
原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？
实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子
01n
H 1
1
0 1
2、镭226变为氡222的半衰期为1620年，现有 100个镭原子核经过1620年还剩几个没有衰变？
二、半衰期
2、不同的放射性元素，半衰期不同
例如： 氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天 镭226衰变为氡222的半衰期为1620年 铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年 碳14的半衰期是5730年。
二、半衰期
2、不同的放射性元素，半衰期不同
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。
(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。
二、半衰期
3、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。
B.该核发生的β衰变
ab
C.磁场方向一定垂直纸面向里
衰变及衰变规律
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）
人教版(选修3-5)第2节 放射性元素的衰变(基本概念、课堂例题、课后作业)
19.2 反射性元素的衰变【重点知识】1．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
2．α衰变：238 92U→234 90Th ＋42He3．β衰变：234 90Th→234 91Pa ＋ 0－1e4．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。
【基本知识】一、原子核的衰变1．定义原子核放出 或 ，则核电荷数变了，变成另一种 ，这种变化称为原子核的衰变。
2．衰变分类(1)α衰变：放出α粒子的衰变。
(2)β衰变：放出β粒子的衰变。
3．衰变方程23892U→23490Th ＋ 23490Th→234 91Pa ＋ 。
4．衰变规律(1)原子核衰变时 和 都守恒。
(2)当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。
这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β和γ三种射线。
二、半衰期1．定义放射性元素的原子核有 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 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 。
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。
【课堂例题】例1、原子核238 92U经放射性衰变①变为原子核234 90Th，继而经放射性衰变②变为原子核234 91Pa，再经放射性衰变③变为原子核234 92U。
放射性衰变①②③依次为 ( )A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变例2、(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年。
已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小。
现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。
下列说法正确的是 ( ) A．该古木的年代距今约5 700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变例3、 (多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核放出一个α粒子，其速度方向与磁场方向垂直。
衰变及衰变规律
X射线的产生及其特点
X射线的发现
X射线的产生及其特点
X射线的产生
X射线的产生
X 射线管的结 构
X射线的产生
X射线的产生
X射线的产生及其特点
X射线的产生
当在真空中，高速运动的电子轰击金属靶时， 靶就放出X射线。 条件： （1）电子-------灯丝 （2）加速-------高压 （3）靶面-------阳极 （4）真空
衰变ec轨道电子俘获衰变例如2349123490衰变表达式相当于原子核中一个中子变为一个质子和一个电子例如衰变表达式相当于原子核中一个质子子变为一个中子和一个正电子ec表达式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射线或称光子单纯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
Contents
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）
1kBq＝103Bq 1MBq＝106Bq
衰变及衰变规律
衰变及衰变规律
计算实例
衰变及衰变规律
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
【高中物理】高考物理复习：原子核的衰变
【高中物理】高考物理复习：原子核的衰变【摘要】为大家整理了高考物理复习，便于大家查阅复习。
希望大家喜欢，也希望大家在学习愉快。
3.自然衰变中原子核的变化规律在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。
① α衰变：随着α衰变，新原子核在周期表中的位置向前移动2位，即②β衰变:随着β衰变，新核在元素周期表中位置向后移1位，即③ γ衰变：对于γ，衰变和变化的不是原子核的类型，而是原子核的能量状态。
但总的来说，γ衰变总是伴随着α衰变或β衰变。
4.放射性元素放射的射线有三种:α射线、γ射线、β射线，这三种射线可以用磁场和电场加以区别，如图1所示。
图15.半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期。
不同的放射性元素的半衰期是不同的，但对于确定的放射性元素，其半衰期是确定的。
它由原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关。
二、实例分析[[例1]]关于天然放射现象，以下叙述正确的是()a、如果放射性物质的温度升高，它的半衰期就会降低b.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的c、在α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强d.铀核(23892U）衰变为铅芯（20682pb)的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变[[分析]]半衰期由放射性元素原子核的内部因素决定，与元素的化学状态、温度、压力等因素无关；β衰变释放的电子是当原子核中的中子转化为质子时产生的。
1.0n11h+0-1e，b对;根据三种射线的物理性质，c对;23892U有92个质子和146206个中子82pb的质子数为82，中子数为124，因而铅核比铀核少10个质子，22个中子。
一次α衰变质量数减少4，故α衰变的次数为x==8次。
再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y应满足2x-y+82=92，y=2x-10=6次。
故本题正确答案为b、c.[评论]（1）检查这个问题α衰变β衰变规律以及质量数、质子数和中子数之间的关系。
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
原子核衰变时电荷数和质量数都守恒原子核放出α粒子或β粒子后,就变成新的原子核.这种变化称为原子核的衰变.
衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒.
质量数守恒（注意不是质量守恒）；电荷数守恒；动量守恒；能量守恒.
题目
分析原子核发生衰变时质量数与核电荷数守恒．由此解答即可．解答解：原子核发生衰变时，无论能量然后变化，但电荷数和质量数守恒．
故答案为：电荷数，质量数
点评该题考查对衰变的理解，属于对基础知识的考查，牢记该知识点的内容即可．
已知的衰变的种类主要有以下三种：
1、阿尔法衰变，它是某种元素的一个原子核通过放射出一个阿尔法粒子，变成另外一种元素的原子核的衰变。
2、贝塔衰变，它的特点是原子核的原子序数改变而质量数不变。
它主要分为三种类型：贝塔加衰变、贝塔加衰变和轨道电子俘获；
3、伽马衰变，它是伴随着阿尔法衰变或贝塔衰变而产生的。
备注：原子核的放射性衰变还包括原子核的自发裂变、质子放射性等许多形式。
只有质量大的原子核才会有显著的原子核的自发裂变。
18-6原子核衰变的基本规律
6
衰变常量、半衰期T 和平均寿命之间存在
一定联系，知道一个，另外两个也就完全确定了， 任何一个都可以作为放射性核素的特征量。 每一种放射性核素都具有特定值(T值、值)， 可以根据测量的值，来判断是哪种放射性核素。 实验表明，原子核的放射性是原子核自身性质 的反映，其特征量以及所遵从的规律不受外界条 件(如温度、压强和磁场等)的影响，也不会由于 核是处于单质中或是处于化合物中而有所变化。
-dN / dt N
分子是单位时间内发生衰变的
原子核数，分母是当时的原子核总数，表示
一个原子核在单位时间内发生衰变的概率。
t 指数衰减规律，N0是t=0时母核数目。 N N e 0
3
2. 放射性活度 A
表示放射性的强弱程度，
定义为单位时间内发生衰变的核的数目。
d N t t A A e A - N e N 0 0 d t A0=N0是t=0时的放射性活度。放射性活度也
§18-6 原子核衰变的基本规律
一、放射性衰变(radioactive decay) 不稳定的核素自发变化，转变为另一种核素， 同时还放出一定的粒子流，这种性质称为放射性。 不稳定核素的自发变化，称为原子核的衰变， 或称为原子核的放射性衰变。 衰变过程中释放出来的粒子流称为射线。 具有放射性的同位素，称为放射性同位素。
4
3. 半衰期和平均寿命 半衰期T 为母核数目衰变掉一半所需时间，或
放射性活度减弱一半所需时间。T 也是放射性核
素特征量，也表示放射性随时间衰减的快慢。 1 t=T时,N=N0/2 ∴ N0 N0e-T 2 ln2 06 .9 3 T与成反比。 T
衰变规律的特点
衰变规律的特点衰变是指原子核在放射性衰变过程中转变成其他原子核的现象。
衰变规律是指放射性核素衰变的特点和规律。
下面将从放射性衰变的概念、类型、速率和半衰期等方面进行详细解释，并按照标题要求进行扩展描述。
一、放射性衰变的概念放射性衰变是指放射性核素自发地发射出粒子或电磁波，从而转变成其他核素的过程。
放射性核素的衰变是一个随机的过程，无法准确预测某个核素何时会发生衰变，但可以通过概率统计的方法描述大量核素的衰变行为。
二、放射性衰变的类型放射性衰变包括α衰变、β衰变和γ衰变三种类型。
1. α衰变：α衰变是指放射性核素放出一个α粒子，即两个质子和两个中子组成的氦核。
在α衰变过程中，放射性核素的质量数减少4，原子序数减少2。
2. β衰变：β衰变包括β+衰变和β-衰变两种形式。
β+衰变是指放射性核素放出一个正电子和一个中微子，原子序数减少1。
β-衰变则是放射性核素转变成一个高一阶的核素，放出一个负电子和一个反中微子，原子序数增加1。
3. γ衰变：γ衰变是指放射性核素经历α衰变或β衰变后，通过放出一束高能γ射线来释放剩余的能量。
γ射线是电磁波的一种，不改变原子核的质子数和中子数。
三、放射性衰变的速率放射性衰变的速率可以用半衰期来描述，半衰期是指放射性核素的一半原子核衰变所需的时间。
半衰期是每种放射性核素的固有特性，不受温度、压力等条件的影响。
放射性核素的衰变速率遵循指数衰减规律，即以时间为自变量，以剩余核素数或活度为因变量的函数关系。
放射性核素的衰变速率与剩余核素数成正比，与时间成反比。
随着时间的推移，放射性核素的衰变速率逐渐减小。
四、放射性衰变的半衰期半衰期是放射性核素衰变速率的重要参数。
半衰期越短，放射性核素衰变速率越快，反之则越慢。
在放射性衰变过程中，原子核的衰变是一个随机的过程，无法准确预测某个核素何时会发生衰变。
但通过大量核素的统计，可以得到一个平均的衰变速率，从而计算出平均的半衰期。
半衰期越短的放射性核素，其辐射强度下降得越快，对人体的辐射危害也越小。
- 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)。
放射性活度
16
.
2. 放射性衰变的指数衰减规律 ❖半衰期T1/2是放射性原子核数衰减到原来数 目的一半所需的时间
平均寿命t是指放射性原子核平均生存的时间：
17
.
2. 放射性衰变的指数衰减规律 ❖当核素具有多种分支衰变时：
❖第i种分支衰变的部分放射性活度
❖总放射性活度
❖部分放射性活度随时间是按 衰减 而不是按 衰减的。
亚原子物理
2009年10月7号
.
1
个人简介
❖ 亓斌，空间科学与物理学院讲师
❖ 研究： 原子核结构理论（主要） 1.发展粒子转子模型和相对论平均场理论 2. 解决原子核高自旋态中的热点问题 核天体物理 (一些计划) 中子星,太阳系元素丰度
❖ 科学实验楼406， bqi@
2
.
原子核物理学的重要性
3．g射线是波长很短的电磁波。它的电离作用小， 贯穿本领大。
10
.
1．放射性的一般现象
❖原子核衰变是指原子核自发地放射出粒子 而发生的转变。 原子核自发地放射出α粒子 而发生的转变，叫做α衰变。
X表示母核，Y表示子核，例如
11
.
1．放射性的一般现象
❖原子核自发地放射出电子或正电子或俘获一 个轨道电子而发生的转变，统称为b衰变。
❖ 用人工办法（例如反应堆和加速器）来产生放射性 ，这叫人工放射性。
❖ 放射性核束，是指由放射性的（或非稳定的）原子 核构成的束流，通常是由核反应产生的次级束流。
13
.
2. 放射性衰变的指数衰减规律 放射性是一种自发的随机过程
14
.
2. 放射性衰变的指数衰减规律 微分
❖任何放射性物质在单独存在时都服从这样的 规律。l称为衰变常数，是在单位时间内每 个原子核的衰变概率，它的量纲是时间的倒
40
.
高锟，1933年出生于中国上海， 现拥有英国和美国双重国籍。 1965年从英国伦敦帝国理工学院 获得电机工程博士学位。 现为英国标准电信实验室工程学主任。
.
6
核素图
可能存在原子核 已知原子核 Sp=0
稳定原子核
100Sn
Sn=0
Z
78Ni
稳定核：270 不稳定核
N
7
.
原子核的不稳定性
核基态的不稳定性—核转变（b, a） （弱作用和电磁作用） 激发态的不稳定性—g衰变（电磁作用） 共振态衰变—粒子发射（强作用或核作用）
8
.
1．放射性的一般现象
原子核自发地放射各种射线的现象，称为放射 性。能自发地放射各种射线的核素称为放射 性核素，也叫不稳定的核素。放射性现象是 由原子核的内部变化引起的。
数。N0 是时间t=0时核的数量，N是t时刻的 数量
❖通常把指数衰减律也叫作放射性衰变的统计
规律。它只适用于大量原子核的衰变，对少
数原子核的衰变行为 只能给出概率描写。
15
.
2. 放射性衰变的指数衰减规律
❖指数率的普遍性质： （1） 各个粒子的行为相互独立。 （2） 过程发生的概率与“历史”无关。 （3） 在极小的时空间隔里，过程发生的概
居里夫人的品德力量和热忱，哪怕只有一小
部分存在于欧洲的知识分子中间，欧洲就会
面临一个比较光明的未来。”
36
.
作业题
2.2 已知222Rn的半衰期为3.824d，问1mCi和 103Bq的222Rn的质量分别是多少？
2-9 经测定一出土古尸的14C的相对含量为现 代人的80%，求该古代人的死亡年龄
1896, H. Bequerel在研究铀矿时发现放射性
天然放射线主要有三种：a, b和 g射线
9
.
1．放射性的一般现象
1．a射线是高速运动的氦原子核（又称α粒子） 组成的。所以，它在磁场中的偏转方向与正离子 流的偏转相同。它的电离作用大，贯穿本领小。
Байду номын сангаас
2．b射线是高速运动的电子流，它的电离作用较 小，贯穿本领较大。
原子核物理学关系到国防与国家的战略需求
核能的利用以及同位素和辐照技术的利用： 核武器、核电站、 核动力装置、核医学设备等 （国家即将在山东建三座核电站）
其它交叉学科的研究: 材料物理、化学、生命科学等
世界上正在以及准备建造的新一代放射性束装置为核物理开 辟了崭新且令人激动的研究领域
兰州近物所重离子加速器冷却储存环（1997－2008，2.93亿人民币）
日本理化学研究所的放射性核束工厂 （仅一期约550亿日元）
德国GSI的FAIR项目（2003－，12 亿欧元）
美国启动RIA项目 （2008－，约5.5亿美元）
3
.
原子核物理学研究的新领域
基本对称性和相互作用
稳定岛
?
可能存在原子核
已知原子核 Sp=0
rp-Process, Novae and X-ray Bursts
22
.
2. 放 射 性 平 衡
.
23
29
.
30
.
31
.
32
.
3. 人工放射性的生长
.
33
34
.
35
.
爱因斯坦的《悼念玛丽·居里》演讲
“……我幸运地同居里夫人有20年崇高而真 挚的友谊。我对她的人格的伟大愈来愈感到 钦佩。她的坚强，她的意志的纯洁，她的律 己之严，她的客观，她的公正不阿的判断— 所有这一切都难得地集中在一个人身上。…
稳定原子核
100Sn
Sn=0
中子星
r-Process, Supernovae
78Ni
✓ 基本对称性以及基本相互作用
✓ 超重元素的合成
晕核
✓ 奇特原子核
✓ 核天体物理：中子星， 宇宙中元素的合成
✓ 磁转动，手征转动模式
✓ ……
原子核的放射性
参考：原子核物理，卢希庭，原子能出版社
.
5
1. 放射性衰变的基本规律
b衰变相当于原子核的一个中子变成了质子； + b衰变和轨道电子俘获相当于原子核的一 个质子变成了中子。
❖ 处于激发态的原子核向基态的跃迁称为g 跃迁，
放出g 射线。 g射线的自发放射一般是伴随a或b
射线产生的。
12
.
1．放射性的一般现象
❖ 天然放射性是指天然存在的放射性核素所具有的放 射性。它们大多属于由重元素组成的三个放射系（ 即钍系、 铀系和锕系）。这三个放射系之外，还 存在一些非系列的 天然放射性核素，例如H，C， K，V，Rb，In，Te，La， Ce，Nd，Sm，Lu， Re，Pt，Bi等。
18
.
3. 递次衰变规律 ❖连续逐代衰变叫做递次衰变。例：
对于
设A，B的衰变常数分别为 l1， l2. 在时刻t，A，B，C的 原子核数分别为N1，N2，N3；在t＝0时，只有母体A
对于A
19
.
3. 递次衰变规律 对于B
20
.
3. 递次衰变规律
❖作积分并利用初始条件（t＝0，N3＝0）
21
.
3. 递次衰变规律