5.2 放射性元素的衰变 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

5.2放射性元素的衰变 【学习目标】 1．知道放射现象的实质是原子核的衰变，会正确书写衰变方程。 2．了解半衰期及其统计意义。 3．知道核反应及其遵从的规律。 4．知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。 问题： 在古代，不论是东方还是西方，都有 一批人追求“点石成金”之术，他们试图 利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。 那么，有没有“让一种元素变成另 一种元素”的过程呢？ 类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是 伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程 一、原子核的衰变 1.原子核的衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子， 由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了， 变成另一种原子核。 ɑ衰变 β衰变 由于电子的质量比核子的质量小得多，因此 我们可以认为电子的质量数为0，电荷数为-1 发生β衰变时，除了产生电子外，还产生中微子。中微子的质量数和电荷数都是0。 思考与讨论： 在ɑ衰变中和β衰变中，质量数、核电荷数变化的有一般规律吗？原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？ 原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 β衰变的实质 β衰变的实质在于核内的中子转化成一个质子和一个电子，其转化方程是 放射性原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出r光子。 原子核衰变的理解 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→　AZ＋1Y＋　e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成氦核2H＋2n→He 1个中子转化为1个质子和1个电子n→H＋e 典型方程 U→Th＋He Th→Pa＋e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 二、半衰期 1.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量 2.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 3.物理意义： 表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。 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 新知讲解 经过个半衰期（）其剩余的质量为： 质量与原子个数相对应，故经过个半衰期后剩余的粒子数为： 二、半衰期 3.公式： 新知讲解 二、半衰期 注意： （1）半衰期的长短由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态（如单质、化合物）和外部条件（如温度和压强）都没有关系。 （2）半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。 新知讲解 三、核反应 天然放射现象是原子核自发的变化，科学家更加希望人工控制原子核的变化。 方法2：用质子、中子甚至用γ光子去轰击一些原子核，都可以 实现原子核的转变 方法1：a粒子轰击氮原子核： 目的：研究原子核的结构，发现和制造新元素 a粒子、质子、中子，光子 核反应： 核自发衰变。(不可控) 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 （人工转变）。 它们都是衰变过程所以，在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。 四、放射性同位素及其应用 很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。 天然放射性同位素不过40多种，而今天通过核反应生成的人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有了自己的放射性同位素。丰富的放射性同位素资源在国民经济和科学研究的各个领域中得到了广泛的应用 与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的放射强度容易控制，半衰 期比较短，因此放射性废料容易处理，获得了广泛的应用。 放射性同位素及其应用 射线测厚仪 工业部门可以使用放射性同位素发出的射线来测厚度。 例如，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪（图5.2-5），让γ射线穿过钢板，仪器探测到的γ射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱。因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可 以对钢板的厚度进行自动控制。 放射性同位素及其应用 放射治疗 在医疗方面，患了癌症的病人可以接受钴60的放射治疗（图5.2-6）。为什么射线能够用于治疗癌症呢？原来人体组织对射线的耐受能力是不同的，细胞分裂越快的组织，它对射线的耐受能力就越弱。像癌细胞那样，不断迅速繁殖的、无法控制的细胞组织，在射线照射 下破坏得比健康细胞快。 放射性同位素及其应用 培优、保鲜 利用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，经过筛选，可以培育出新品种。用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期（图5.2-7）。 放射性同位素及其应用 示踪原子 一种放射性元素的原子核，跟这种元素其他同位素的原子核具有相同数量的质子，因此，核外电子的数量也相同。由此可知，一种元素的各种同位素都有相同的化学性质。这样，我们可以用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物，这种化合物的原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应，但却带有“放射性标记”，可以用仪器探测出来。这种原子就是示踪原子。 棉花在开花、结桃的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收。但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花的叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就解决了。 放射性同位素及其应用 示踪原子 人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后聚集在甲状腺内。如图5.2-8，给人注射碘的放射性同位素碘131，在颈部底部的甲状腺（红色，部分被遮蔽），被放射性示踪剂碘131高亮着色。定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的疾病。 五、辐射与安全 1．人类一直生活在放射性的环境中． 2．过量的射线对人体组织有破坏作用．在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染． 五、辐射与安全 遭原子弹轰炸的广岛 新知讲解 五、辐射与安全 放射性的防护 （1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄。 （2）用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里。 （3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。 新知讲解 五、辐射与安全 为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施： 检测辐射装置 辐射源的存放 新知讲解 1．关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　） A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期 B．放射性元素的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线 C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变 D．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强 B 2.关于原子核的变化，下列说法正确的是（　　） A．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的 C．铀核（23892U）衰变为铅核（23892U）的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变 D．因为在核反应中释放能量，有质量亏损，所以系统只有质量数守恒，能量守恒定律在此不适用 C 随堂检测 3.碳14是一种半衰期为5730年的放射性同位素。若考古工作者探测到某古木中碳14的含量为原来的1/4,则该古树死亡时间距今大约(　　) A.22 920年 B.11 460年 C.5 730年 D.2 865年 B 随堂检测 一、原子核的衰变 ①衰变：是指一种原子核放出某些粒子变为另一种原子核的过程。 ②放出粒子的不同 放出ɑ粒子和γ射线：ɑ衰变 放出β粒子和γ射线：β衰变 （氦核 ） （电子 ） ③原子核衰变时电荷数和质量数都守恒 二、半衰期 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 课堂小结 三、核反应 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。 四、放射性同位素及其应用 1. 射线测厚仪——利用γ射线具有很强的穿透性 2. 放射治疗——γ射线对细胞有很强的杀伤力 3. 培优——γ射线遗传基因发生变异 保鲜——γ射线可以杀死细菌 4.示踪原子 五、辐射与安全 所以使用放射性同位素质，都必须严格遵守操作规程，做好防护。 $$