原子核衰变及半衰期

听说过“点石成金”的传说吗？第二节原子核衰变及半衰期人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？人们认识原子核的结构就是从天然放射性开始的。1895年9月8日这一天，伦琴正在做阴极射线实验。伦琴接通阴极射线管的电路时，他惊奇地发现在附近一条长凳上的一个荧光屏（镀有一种荧光物质氰亚铂酸钡）上开始发光，恰好象受一盏灯的感应激发出来似的。他断开阴极射线管的电流，荧光屏即停止发光。由于阴极射线管完全被覆盖，伦琴很快就认识到当电流接通时，一定有某种不可见的辐射线自阴极发出。由于这种辐射线的神密性质，他称之为“X射线1895年12月伦琴写出了他的第一篇X射线的论文(1901年伦琴获得诺贝尔物理奖)伦琴（德国）国科学院举行了一次重要学术讨论会，在伦琴发明的直接感召下而进行研究的科学家当中有一位是安托万·亨利·贝克勒尔。贝克勒尔虽然是有意在做X射线的研究，但是却偶然发现了甚至更为重要的放射现象贝克勒尔选择氧化铀作为主攻对象，他精心设计了研究方案，用一张黑纸包好一张感光底片，在底片上放置两小块铀盐和钾盐的混合物。在其中一块和底片之间放了一枚银元，然后把这些东西放在阳光下放置几小时，让底片略微有些感光，虽不太清晰，但还可以分解银元的影象。可是凑巧碰上连阴雨，他只好把实验的东西原封不动地锁进抽屉。5天后，天放晴，继续中断的试验。他是个细心过人的人，在试验前他重新检查一遍实验品。使他吃惊的是，在没有阳光的情况下，底片上竟然出现明显的感光现象。这说明铀本身在发光！第二天他在科学院的学术报告上公布这一新发现。他又用验电器对这种射线进行了定量研究，终于揭示了放射性的奥妙。贝克勒尔（法国）（1903年诺贝尔物理学奖）1896年，法国科学家贝克勒尔发现了铀的放射性现象。贝克勒尔一、放射性的发现天然放射现象：某些物质自发地放射出看不见的射线的现象。铅盒放射源射线照相底片1898年，居里夫妇从铀矿石提炼出两种前所未发现的元素，他们将这两种新元素分别定名为铀和镭。为了亲身体验镭的生理效应，他们多次被辐射所伤。1903年，居里夫妇与贝克勒尔一起因发现放射性而获得诺贝尔物理学奖。1911年，居里夫人在化学的研究亦使她获得诺贝尔化学奖。居里夫妇有两个女儿。但双亲未能亲眼见到女儿伊莲与其丈夫弗里德里克．约里奥取得的成就。1935年，他们因发现了人工放射性而荣获诺贝尔奖。放射性放射性元素发射射线的性质具有放射性的元素放出射线后，元素的性质发生变化20984po22688Ra1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为放射性．具有发射性的元素称为放射性元素．元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．天然放射现象钡铀云母翠砷铜铀矿斜水钼铀矿铀钙石矿放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82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．放大了1000倍的铀矿石天然放射现象•在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？•它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？•这些射线带不带电呢？二、射线到底是什么思考与讨论：利用什么方法可以将天然放射线分离开来，并加以鉴别？法一：利用磁场法二：利用电场放射型物质发出的射线有三种：天然放射现象三种射线•α射线带正电•β射线带负电•γ射线不带电探测射线的方法1、云室实验．在云室看到的只是成串的小液滴，它描述的是射线粒子运动的径迹，而不是射线本身．云室利用的是射线的电离本领．径迹的长短和粗细可以知道粒子的性质；粒子轨迹的弯曲方向可以知道粒子带电的正负．注意：云室实验装置小，粒子径迹呈现时间较短．威尔逊云室：构造：一个圆筒状容器，低部可以上下移动，上盖是透明的，内有干净空气实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和状态。利用射线的电离本领a射线在云室中的径迹：直而粗原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿涂产生的粒子多ß射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少α射线•根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫做α射线，α射线由带正电的α粒子组成.科学家们研究发现每个α粒子带的正电荷是电子电荷的2倍，α粒子质量大约等于氦原子的质量.进一步研究表明α粒子就是氦原子核.•由于α粒子的质量较大，所以α射线的穿透本领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住.β射线•与α射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做β射线.研究发现β射线由带负电的粒子（β粒子）组成.进一步研究表明β粒子就是电子.•β射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板.γ射线•中间不发生偏转的那束射线叫做γ射线，研究表明，γ射线的实质是一种波长极短的电磁波，它不带电，是中性的.•γ射线的穿透本领极强，一般薄金属板都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥墙和几厘米厚的铅板.电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其他原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强。αβ氦核电子γ电磁波×××××××××α射线β射线高速氦核流(24He)高速电子流(0-1e)γ射线高频电磁波（高能光子流）天然放射线的种类及其其性质天然放射线的性质及其比较名称构成电量（e）质量(u)射出速度电离能力贯穿本领αβγ氦核+240.1c最强最弱电子-11/18400.9c较强较强光子00c最弱最强He42e01放射性与元素存在的状态无关．研究表明，元素的放射性与它以单质或化合物的形式存在无关，且天然放射现象不受任何物理变化、化学变化的影响，这种性质说明了什么?元素的放射是稳定的，是由元素的原子核决定的，射线是从元素的原子核中放出的，放射现象说明了原子核是具有结构的．1、放射性元素的原子核在放出α或β射线后，其自身发生什么样的变化？2、什么叫原子核的衰变？原子核的衰变有哪几种情况？原子核衰变过程遵循什么规律？3、原子核在放出γ射线的过程中是否会发生衰变？为什么？三、原子核的衰变三、原子核的衰变2.衰变遵循的原则：质量数守恒，电荷数守恒。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就变了，变成另一种原子核。1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变．（1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变．XAZHeThU422349023892HeRnRa422228622688?23892U?23090ThHeRaTh422268823090He42YAZ423.原子核衰变的分类:（1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变．XAZHe42YAZ42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．ePaTh012349123490XAZeMgNa0124122411?2411Nae01YAZ1思考与讨论•原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？11H10n01e（1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变．XAZHe42YAZ42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．XAZe01YAZ1（3）γ衰变:伴随射线或射线产生.α衰变规律：新的原子核比原来的核质量数减少4，电荷数减小2β衰变规律：新的原子核比原来的核质量数不变，电荷数增加1注意：•1、放射性元素衰变不可能有单独的γ衰变！•2、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！α衰变、β衰变表示了原子核是可以变化的．每一种元素的衰变快慢一样吗?衰变快慢有什么规律?如何描述这一变化规律?四、半衰期1、定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,叫放射性元素的半衰期。用符号τ表示nnmmmm212100或2、衰变规律：m0:放射性元素的原有质量；m：经过n个半衰期的时间后剩余的放射性元素的质量，则有3、决定半衰期的因素：由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。tnn)21(原余tmm)21(原余考古学家确定古木年代的方法是用放射性同位素作为“时钟”，来测量漫长的时间，这叫做放射性同位素鉴年法．放射性元素的半衰期是对大量原子进行观察的统计规律，是个概率的问题，对于个别原子是无意义的。不能确定哪个将要发生衰变。五、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。地壳有一部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。•2、碳14测年技术，14C是具有放射性的碳的同位素，能够自发的进行β衰变，变成氮。自然界中的碳主要是12C，也有少量14C，它是高层大气中的原子核在太阳射来的高能粒子流的作用下产生的．14C是具有放射性的碳同位素，能够自发地进行β衰变，变成氮，半衰期为5730年．14C原子不断产生又不断衰变，达到动态平衡，它在大气中的含量是稳定的，大约在1012个碳原子中有一个14C．活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内14C的比例与大气中的相同．植物枯死后，遗体内的14C仍在进行衰变，不断减少，但是不再得到补充．因此，根据放射性强度减小的情况就可以算出植物死亡的时间．例如，要推断一块古木的年代，可以先把古木加温，制取1g碳的样品，再用粒子计数器进行测量．如果测得样品每分钟衰变的次数正好是现代植物所制样品的一半，表明这块古木经过了14C的一个半衰期，即5730年．如果测得每分钟衰变的次数是其他值，也可以根据半衰期计算出古木的年代．我国考古工作者用放射性同位素鉴年法对马王堆一号汉墓外椁盖板杉木进行测量，结果表明该墓距今2130±95年．通过历史文献考证，该古墓的年代为西汉早期，约在2100年前，两者符合得很好．1、近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展。科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核AZX经过6次α衰变后成为253100定该超重元素的原子序数和质量数依次是()A.124，259B.124，265C.112，265D.112，277Fm，由此可以判D2、钍（90）232经过6次α衰变和4次β衰变后变成一种稳定的元素.这种元素是,它的质量数是,原子序数是.Pb82208823、静止在匀强磁场中的U（92）238，当它自发地放出一个α粒子后变成一个新核，若α粒子放出时的速度方向与磁感强度方向垂直，则α粒子和新生核做匀速圆周运动的轨道半径之比为______。45：14、经过一系列衰变和衰变后，可以变成稳定的元素铅206，问这一过程衰变和衰变次数？U23892解：设经过x次衰变，y次衰变238＝206＋4x92=82+2x-yx＝8y＝6)(20682Pb•5、完成核反应方程：Th→Pa＋。•衰变为的半衰期是1.2分钟，则64克经过6分钟还有克尚未衰变。2349023491Th23490Pa23491Th234902e016、写出镭226、钋210、氡222的一次α衰变方程写出铜66、磷32、铋210的一次β衰变方程23892U衰变为22286Rn共发生了次α衰变和次β衰变427、天然放射性元素(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后变成（铅）．下列论断中正确的是（）A.铅核比钍核少24个中子B.铅核比钍核少8个质子C.衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变D.衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变Th23290Pb20882BD8、在下列核反应方程中,X代表质子的方程是（）()()()()nHeXHDXnHCXOHeNBXPHeAlA0423110211784214730154227131gBC9、写出下列核反应方程：nAIHe10271