Transcript 第二节、核衰变与核反应方程

周璐系列课件——原子核
第二节
核衰变与核反应方程
知识回顾
原子核的放射性现象预示着核内部有着更深
层次的结构，放射性物体放出的射线常见的有三
种:α射线、β射线和γ射线。
电量 质量
构成
（e） (u)
射出
速度
电离
能力
贯穿
本领
α
氦核
+2
0.1c
最强
最弱
β
电子
-1
γ
光子
0
名称
4
1/1840 0.9c
0
c
较强 较强
最弱
最强
照相底片
+
a
b
c
-
+
-
+
-
+
放射线在电场中偏转
阅读并思考问题
• 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
生元素性质的改变？为什么？
一、原子核的衰变
α射线、β射线和γ射线都是从原子核里
放射出来的。原子核放出粒子或粒子后，会变
成新的原子核。
原子核的衰变：一种元素经放射过程变成
另一种元素的现象，称为原子核的衰变。
理解：原子核由于放出某种粒子而转变
为新核的变化。
注意：原子核衰变时电荷数和质量数都守
恒，但质量不守恒。
例如铀238的原子核放出一个α粒子后，核的质
量数减少4，电荷数减少2，成为新核，这个新核就
是钍234原子核。这个过程就是α衰变。衰变中产生
的钍234也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成
镤234。这个过程就是β衰变。
说明：由于原子核的能级越低越稳定。放射性的
原子核在发生α衰变或β衰变后产生的新核往往处于
高能级，这时它要向低能级跃迁，并辐射γ光子。因
此，γ射线是伴随α射线或β射线产生的。当放射性
物质连续发生衰变时，有的原子核发生α衰变，有的
发生β衰变，如果还伴随着γ辐射，这时射线中就会
同时具有α 、β、 γ三种射线。
二、核反应方程
1、核反应：除了天然放射性元素会自动产
生自发核衰变外，还可以利用天然放射性的高
速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核，
以产生新的原子核，这个过程叫做核反应。
2、反应能：在核反应过程中，原子核的
质量和电荷数会发生变化，同时伴随着能量
的释放或吸收，所放出或吸收的能量叫做反
应能。
3、核反应方程：
①规律：无论是核衰变还是核反应，方程
两边总的质量数和电荷数守恒
②原子核的人工转变
质子的发现：
核反应方程是：
中子的发现
9
核反应方程是：4
14
7
N He O H
4
2
17
8
1
1
Be He C n
4
2
12
6
1
0
③衰变规律（通式）：
A
A 4
Z
Z 2
X
A
Z
X
Y  He
4
2
Y e
A
Z 1
0
1
γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后
跃迁到低能级。γ辐射不引起原子核衰变。
发射一个氦核
如：α衰变
U
238
92
Th He
234
90
4
2
新核：质量数减4，电荷数减2
在元素周期表中前移2位
（核内
211 H201 n42 He）
如：β衰变
发射一个电子
Th
234
90
234
91
Pa e
0
1
新核：质量数不变，电荷数增1
在元素周期表中后移1位
质量数守恒，电荷数守恒，能量守恒
核内放出电子原因：中子转化成质子和电子
n H 
1
0
1
1
0
1
e
写核反应方程应注意几点
1.必须遵守电荷数守恒、质量数守恒(质量
不守恒)，有些需要加上能量。
2.核反应方程中的箭头表示核反应方向，不
能写成等号。
3.写核反应方程要有实验依据，不能凭空编
造。
4.先将已知原子核和粒子的符号填上，再根
据质量数和电荷数守恒计算出未知核的质量
数和电荷数，确定是哪种元素，填上符号。
α衰变
U
234
92
Th He
230
90
4
2
226
88
Ra He
4
2
222
86
Rn He
4
2
218
84
Po He
4
2
214
82
Pb He
4
2
β衰变
Th
234
90
234
91
Pa e
0
1
U e
234
92
0
1
Ti Pb e
210
81
210
82
0
1
210
83
Bi e
0
1
210
84
Po e
0
1
三、半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需
的时间叫半衰期。半衰期越大，表明放射性元
素的衰变变得越慢。计算式为：
t
 1T
N N  
t
0 2 
t
T
1
m t  m0  
 2
式中m表示放射性物质
的质量。以上各式左边
的量都表示时间t后的
剩余量。
或
说明：对一定量的某种放射性元素，有些核先
衰变，有些核后衰变，每个核的存活时间是不一样
的。放射性核素的平均存活时间称为平均寿命记为
t。根据放射性衰减规律，半衰期与平均寿命之间
的关系为：T=0.693t。
半衰期是统计规律，针对大量原子核，对有限
数量的原子核无意义。
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．
注意：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、温度等)或化学状态(如单
质、化合物)无关。
例如，一种放射性元素，不管它以单
质存在还是以化合物的形式存在，或者对
它加压，或者增高它的温度，都不能改变
其半衰期。
思考与研讨
例1、关于天然放射现象，下列说法正确的是: ( BC )
A、是玛丽*居里夫妇发现的
B、首先说明了原子核不是单一的粒子
C、γ 射线必须伴随着α或β射线而产生
D、任何放射性元素都能同时发出三种射线
例2、在核反应方程式
235
92
136
中( B
U 10 n 90
Sr

38
54 Xe  kX
)
A．X是中子，k=9
B．X是中子，k=10
C．X是质子，k=9
D．X是质子，k=10
例3、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
A
Z X经过6次α衰变后成为
253
100
Fm ，由此可以判
定该超重元素的原子序数和质量数依次是( D )
A.124，259 B.124，265 C.112，265 D.112，277
例4、一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为
m。铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的
半衰期为T，那么下列说法中正确的有 ( C )
A.经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了
B.经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有
m/4发生了衰变
C.经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8
D.经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/2
思考与研讨
例5、钍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
是
208 ,原子序数是
Pb82
82
,它的质量数
.
例6、静止在匀强磁场中的U238，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______。从放出α粒子到α
粒子与新核相遇的过程中，α粒子至少转______圈。
思考与研讨
10
例7. 静止在匀强磁场中的一个 5
B核俘获了一个速度为v =7.3×104m/s的中子而
发生核反应，生成α粒子与一个新核。测得α
粒子的速度为2×104 m/s，方向与反应前中子
运动的方向相同，且与磁感线方向垂直。求：
⑴写出核反应方程。⑵画出核反应生成的两个
粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图（磁感线
方向垂直于纸面向外）。⑶求α粒子与新核轨
道半径之比。
思考与研讨
解：⑴由质量数守恒和电荷数守恒得：
10
5
B n He Li
1
0
4
2
7
3
⑵由于α粒子和反冲核都带正电，由左手定则知，
它们旋转方向都是顺时针方向，示意图如下。
⑶由动量守恒可以求出反冲核的速度大
小是103m/s方向和α粒子的速度方向相
反，由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆
周运动的半径公式
mv
r
qB 可求得它们的半径之比是120∶7
α
跟踪训练题
232
1、 90Th（钍）经过一系列衰变和衰变，
208
变成 82Pb（铅），问经过了多少次α衰
变？经过了多少次β衰变？
210
2、 83Bi的半衰期是5天，10g的铋210经
过20天后还应该剩下多少？
24
3、放射性元素 11Na经过6 h后只剩下1/8
没有衰变，它的半衰期是多长？