放射性及其衰变规律放射性
放射性衰变基本知识
放射性衰变基本知识目录1. 放射性衰变概述 (2)1.1 放射性衰变的定义 (3)1.2 放射性衰变的类型 (3)1.3 放射性衰变的应用 (4)2. 放射性衰变的原理 (5)2.1 原子核结构 (5)2.2 能级跃迁 (6)2.3 衰变过程与能量释放 (7)3. 放射性衰变的规律 (8)3.1 衰变常数 (9)3.2 半衰期 (10)3.3 衰变链 (10)3.3.1 单次衰变 (12)3.4 衰变概率 (14)4. 放射性衰变的测量 (14)4.1 放射性探测器 (16)4.2 衰变测量方法 (17)4.2.1 人工测量 (19)4.2.2 自行测量 (20)5. 放射性衰变的防护 (21)5.1 放射性防护的基本原则 (22)5.2 放射性防护措施 (23)5.2.1 隔离与屏蔽 (24)5.2.2 个人防护 (26)5.2.3 环境监测 (27)6. 放射性衰变在科学研究中的应用 (27)6.1 物理学研究 (29)6.3 医学应用 (31)6.3.1 放射性治疗 (32)6.3.2 放射性同位素示踪 (33)6.3.3 放射性诊断 (35)7. 放射性衰变的社会影响 (35)7.1 环境污染 (36)7.2 公众健康 (37)7.3 法律法规与伦理问题 (38)1. 放射性衰变概述放射性衰变是自然界中一种普遍存在的物理现象，指的是不稳定原子核自发地放出粒子或电磁辐射，转变为另一种原子核的过程。
这一过程伴随着能量的释放，是原子核内部结构发生变化的结果。
放射性衰变是核物理学和粒子物理学研究的重要内容，对于理解宇宙的起源、地球的形成以及生命起源等方面具有重要意义。
自发性：放射性衰变是原子核内部的固有性质，不需要外部条件的触发即可发生。
随机性：原子核衰变的时间是无法预测的，即使是处于相同状态的原子核，其衰变的时间也可能不同。
连续性：放射性衰变是一个连续的过程，原子核会通过一系列的中间态逐步转变为稳定的核素。
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。
放射性元素的衰变课件
个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛
射出来，这就是放射元素的_α_衰___变___现象；原子核里虽没有电子， 但核内的___中__子___可转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出 来，这就是__β_衰__变___．
(4)γ 射线产生的本质：原子核的能量只能取一系列不连续数
值，当原子核发生 α 衰变、β 衰变后，新核往往处于高能级．这时
2．公式．
N
余＝N
原21Tt ，m
余＝m
1 t 原2T
式中 N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数或质量，N 余、
m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数或质量，t 表示
衰变时间，T 表示半衰期．
注：半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子
所处的物理状态(如压强、温度、环境)或化学状态(如单质、化合物)
放射性元素的衰变
1．原子核的衰变． (1)原子核的衰变：原子核放出 α 粒子或 β 粒子，由于 _核__电__荷__数_ 变 了 ， 它 在 周 期 表 中 的 位 置 变 了 ， 变 成 另 一 种 ___原__子__核_．这种变化称为原子核的___衰__变___． (2)衰变规律：原子核衰变时，衰变前后的电荷数和质 量数都___守__恒___． α 衰变：质量数减少 4，电荷数减少 2，衰变方程为：AZ
解析：原子核的衰变是由原子核内部因素决定 的，与一般外界环境无关．原子核的衰变有一定的 速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变了 总数的一半．不同种类的原子核，其半衰期也不 同．若开始时原子核数目为 N0，经时间 t 剩下的原 子核数目为 N，半衰期为 T，则有如下关系式：N＝ N012Tt .若能测定出 N 与 N0 的比值．则就可求出时间 t 值，依此公式就可测定地质年代、生物年代或考察 出土文物存在年代等．
大学课件《核化学与放射化学》第三章 放射性衰变及衰变方程式
第三章 放射性衰变及衰变方程式
一. 放射性衰变类型 放射性衰变通常由下式描述：
A B x E
能量是以放出的粒子或量子的动能形式出现的。在放 射性衰变时释放的能量称作Q值，它是由衰变前 后处于基态的核的质量差得出。
Q mc (mA mB mx )c
放射性活度作为物质的一个特性可用于合适的探测器进行测量。后面 会讲到。
第三章 放射性衰变及衰变方程式 二. 放射性衰变规律
1.放射性衰变平衡的建立 两级衰变：
1/ 2 ,1 1/ 2 ,2 N1 T N 2 T N 3
在衰变产生子体原子数的计算中，除了要母体生成的子体原子数的增 加外，还要考虑它衰变生成下一代子体使其减少：
252 98
Cf Xe Ru 4n Q
140 54 108 44
第三章 放射性衰变及衰变方程式
一. 放射性衰变类型
5. 其它衰变 质子衰变：1981年初证实。（T1/2＝8.5ms）
96
Ru( Ni, p2n) Lu 150Yb
58 151
p
发射中等质量粒子的衰变：
重粒子的缓发发射：
T1 / 2 ln 2
0.693
将上式代入到：
N N 0e
ln 2 t T1 / 2
第三章 放射性衰变及衰变方程式 二. 放射性衰变规律
1.放射性衰变的时间规律 平均寿命：即放射性活度下降到1/e时所需的时间。是衰变常数 的倒数。 表征放射性的几个概念： （1）放射性活度：单位时间内该放射性核素的衰变数。单位贝可（Bq）。 1Bq相当于每秒1个衰变数。 1Ci＝3.71010Bq（1Ci近似相当于1g226Ra的放射性活度） 常用放射性核素的倍数单位是：1kBq（103s-1），1MBq（106s-1）和 1GBq（109s-1） 在放射性活度说明上，除了放射性活度外，还必须给出放射性核素和时 刻。 在铀和钍的天然放射性同位素的混合物中，一般仅给出238U及232Th的活 度，与这一规则不一致时需注明。
放射性衰变的基本规律-1
（6）长半衰期的测定
1、 测量放射性活度 A
2、算出产生 A 的原子核的 数目N
3、利用 A N 求出
1mg的238U，可以测得它的放射性活度为：
（7）简单的级联衰变
天
然
衰
变
链
之
一
A 4n
：
钍
系
天 然 衰 变 链 之 二 ： 镎 系
天
Th
然
衰
变
链
之
三
：
铀
系
天
然
衰
变
链
Po
之
四
：
Br
130
20891Tl
217 85
At
213 84
Po
209 82
Pb
209 83
Bi
125
80
85
90
29
Z
80
85
90
Z
206 82
Pb
级联衰变
80
85
90
18
Z
80
85
90
Z
N
N
145
145
U 235
92
23910Th
ThU 140
Ac 227
231 91
Pa
89
223 87
Fr
22970Th
135
223 88
Ra
215 84
Po
219 86
Rn
Bi Pb 211
130 82
锕系(4n+3) 镎系(4n+1) 20871Tl
§37 放射性衰变的 基本规律 (decay)
放射性(radioactivity)衰变：不稳 定原子核自发地放射出各种射线 后,转变为另一种原子核的现象.
放射性衰变的规律与计算方法
放射性衰变的规律与计算方法在我们生活的这个世界中，存在着许多神秘而又奇妙的现象，放射性衰变就是其中之一。
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。
这一过程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，比如医疗、能源和考古等领域。
放射性衰变有着其独特的规律。
首先，它是一个随机的过程。
这意味着我们无法准确预测某个原子核在何时会发生衰变，但在大量原子核的集合中，衰变的发生却遵循着一定的统计规律。
就好像抛硬币，每次抛硬币的结果是正面还是反面是无法预测的，但抛很多次后，正面和反面出现的概率会趋近于相等。
对于放射性衰变来说，也是如此。
放射性衰变的速率通常用半衰期来描述。
半衰期是指放射性原子核数目衰变掉一半所需要的时间。
不同的放射性核素具有不同的半衰期，有的短至几毫秒，有的则长达数十亿年。
例如，碘-131 的半衰期约为 8 天，而铀-238 的半衰期则长达约 45 亿年。
放射性衰变主要有三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变是指原子核放出一个α粒子（由两个质子和两个中子组成），从而转变为另一种原子核。
β衰变则分为β⁺衰变和β⁻衰变。
β⁺衰变时，原子核中的一个质子转变为一个中子，并放出一个正电子和一个中微子；β⁻衰变时，原子核中的一个中子转变为一个质子，并放出一个电子和一个反中微子。
γ衰变一般不改变原子核的质子数和中子数，只是原子核从激发态跃迁到基态时放出γ射线。
那么，如何计算放射性衰变呢？这就需要用到一些数学公式和方法。
假设初始时刻放射性原子核的数目为 N₀，经过时间 t 后，剩余的原子核数目为 N，放射性衰变遵循指数衰减规律，可以用以下公式表示：N ＝ N₀ × e^（λt)其中，λ 被称为衰变常数，它与半衰期 T₁/₂的关系为：λ ＝ ln2 ／T₁/₂。
通过这个公式，我们就可以计算在任意时刻剩余的放射性原子核的数目。
例如，如果我们知道某种放射性核素的半衰期为 10 天，初始时有1000 个原子核，经过 20 天，剩余的原子核数目是多少呢？首先，我们计算衰变常数λ ＝ ln2 ／ 10 。
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4
法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒 尔 (Antoine Henri Becquerel,1852—1908)
后来的进一步研究发现，即使不在阳光照射 下，铀盐也会发射射线；且这种射线并非X射 线，只是具有一些与X射线相似的性质。放射 性现象被发现了。
发现放射性的初期，人们不知它的危害， 贝克勒尔由于毫无防护下长期接触放射物质， 健康受到严重损害，50多岁就逝世了。科学界 为了表彰他的杰出贡献，将放射性物质的射线 定名为“贝克勒尔射线”。
△ N＝－λN△t
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14
放射性核素衰变规律
求解上式，得
N(t)＝N0e-λt
N0是开始时的原子核数 N(t)是t时刻的原子核数
λ是放射性核素衰变常数（s-1)
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放射性核素衰变规律
放射性核素按时间的指 数规律衰减的基本公式，它 适用于任何一种单一存在的 放射性核素
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8
放射性
经过多位科学家的研究，通过实验证实 了某些天然核素的原子是不稳定的，它 们
能自发地转变成另一种核素的 原
子，并伴随着发射出某种粒子
这种物理现象称为放射性，这种不稳定的
核素称为放射性核素，这个转变过程称
为放射性衰变 精品课件
9
放射性-原子核为什么要衰变
与核的稳定性有关。是否稳定，与核内的质子数和
的卓越贡献。
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3
法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒尔 (Antoine Henri Becquerel,1852—1908)
亨利·贝克勒尔是法国科学院院士，擅长于荧光和磷 光的研究。实验中，终于找到了铀盐有这种效应，他 用厚黑纸包了一张感光底片，纸非常厚，即使放在太 阳下晒一整天也不至于使底片变翳。他在黑纸上面放 一层铀盐，然后拿到太阳下晒几个小时，显影之后， 他在底片上看到了磷光物质的黑影。然后他又在磷光 物质和黑纸之间夹一层玻璃，也作出同样的实验，证 明这一效应不是由于太阳光线的热使磷光物质发出某 种蒸气而产生化学作用所致。于是得出结论：铀盐在 强光照射下不但会发可见光，还会发穿透力很强的X射 线。
放射性及其衰变规律
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1
放射性
早在100多年前，法国物理学家贝可勒尔 发现铀的化合物能使放在附近的照相底 片感光。后来认识到这个现象是由于铀 发射出来某种肉眼看不见的、穿透力极 强的射线的缘故
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2
法国物理学家Βιβλιοθήκη 东尼·亨利·贝克勒尔 (Antoine Henri Becquerel,1852— 1908)
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11
放射性
放射性物质的衰变具有统计学性质，因此 要预示任何一个特定原子核的衰变是不 可能的
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12
放射性
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13
放射性核素衰变规 律
一定量的某种放射性核素，它们并不是 在某一时刻突然全部衰变完，而是随时 间的增加而逐渐地减少。放射性核素在
时间间隔t 到t＋△t 内衰变的原子核数 目△N，它与△t 及在t 时刻没有衰变的 原子核数目N成正比，即
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6
玛丽.居里(Marie Curie,1867~1937）
居里夫妇结婚后次年，即1896年，贝可勒耳发 现了铀盐的放射性现象，引起这对青年夫妇的 极大兴趣，居里夫人决心研究这一不寻常现象 的实质。她先检验了当时已知的所有化学元素， 发现了钍和钍的化合物也具有放射性。她进一 步检验了各种复杂的矿物的放射性，意外地发 现沥青铀矿的放射性比纯粹的氧化铀强四倍多。 她断定，铀矿石除了铀之外，显然还含有一种 放射性更强的元素。
放射性核素衰变规律
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17
衰变常数的物理意 义
如果将上式变为下式
λ＝ - Δ / （ Δt） 则λ的物理意义为
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玛丽.居里(Marie Curie,1867~1937）
居里以他作为物理学家的经验，立即意识到这一研究成 果的重要性，放下自己正在从事的晶体研究，和居里 夫人一起投入到寻找新元素的工作中。不久之后，他 们就确定，在铀矿石里不是含有一种，而是含有两种 未被发现的元素。1898年7月，他们先把其中一种元素 命名为钋，以纪念居里夫人的祖国波兰。没过多久， 1898年12月，他们又把另一种元素命名为镭。为了得 到纯净的钋和镭，他们进行了艰苦的劳动。在一个破 棚子里，日以继夜地工作了四年。自己用铁棍搅拌锅 里沸腾的沥青铀矿渣，眼睛和喉咙忍受着锅里冒出的 烟气的刺激，经过一次又一次的提炼，才从几吨沥青 铀矿渣中得到十分之一克的镭。由于发现放射性，居 里夫妇和贝可勒耳共同获得了1903年诺贝尔物理学奖。
中子数的比例有密切关系。稳定性核素（既非放射性核
素）的质子与中子的比例有特定的规律，不能太大或太
小。当Z小于20的轻核，N与Z比值约为1，随着Z的增加，
N与Z比值增加。比值增大的主要的原因是核子间相互吸
引的短程核力与质子间相互排斥的长程力之平衡发生变
化。原子序数增大时，质子数增多，库仑斥力加大，这
就需要中子数相应增加，使核力得到增强，同时亦加大
了质子间的距离，使库伦斥力不致增加太多，结果两种
力之间仍然取得平衡，保持核的稳定。但是当质子数增
大到一定值后（Z >83），核力不能再与库仑斥力保持平
衡，于是就不再存在稳定的核素，故天然存在的Z >83的
核素均为放射性核素。
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10
放射性
原子序数从84起的所有元素都是 不稳定的，具有天然放射性。而 原子序数小于84的元素主要以稳 定的同位素形式存在，只有少量 的同位素是不稳定的
1903年诺贝尔物理学奖一半授予法国 物理学家亨利·贝克勒尔，以表彰他
发现了自发放射性；另一半授予法国
物理学家皮埃尔·居里（Pierre
Curie ,1859 -1906）和玛丽·斯可罗
夫斯卡·居里（Marie
Sklodowska ,1867 - 1934）,以表彰
他们对贝克勒尔发现的辐射现象所作
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玛丽.居里(Marie Curie,1867~1937）
原籍为波兰的法国科学家。她与她的丈 夫皮埃尔.居里都是放射性的早期研究者， 他们发现了放射性元素钋（Po)和镭(Ra)， 并因此与法国物理学家亨利 .贝克勒尔 分享了1903年诺贝尔物理学奖。之后， 居里夫人继续研究了镭在化学和医学上 的应用，并皆因分离出纯的金属镭而又 获得1911年诺贝尔化学奖。