1、第第 2 2 节节 原子核衰变及半衰期原子核衰变及半衰期 核心素 养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道放射现象的实质是原 子核的衰变。 2.了解半衰期的概念，知道半 衰期的统计意义。 3.知道两种衰变的实质，能运 用衰变规律写出衰变方程。 利用半衰期进行简 单的计算。 了解放射性的应 用、污染和防护， 体会科学技术的 发展对生产、生活 的影响。 知识点一 原子核的衰变、半衰期 观图助学 放射性元素可以放出 射线、 射线和 射线，其中 射线是电子流，图为原子 核释放出一个电子的示意图，我们知道原子核是由质子和中子组成的，原子核中 的电子又是如何来的呢？ 1.原子核的衰变 (1)定义：
2、原子核因释放出像 、 这样的射线(粒子流)而转变为新核的变化称为 原子核的衰变。 (2)衰变类型 衰变：放出 粒子的衰变称为 衰变。例如： 238 92U234 90Th42He。 衰变：放出 粒子的衰变称为 衰变。例如： 234 90Th234 91Pa 01e。 (3)在原子核衰变过程中产生的新核，有些处于激发态，这些不稳定的激发态会 辐射出光子( 射线)而变成稳定的状态。 2.衰变的快慢半衰期 (1)放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间称为半衰期。 (2)元素半衰期的长短只由原子核自身因素决定，一般与原子核所处的物理、化 学状态无关。 思考判断 (1)原子核的衰变有 衰变、 衰变和
3、 衰变三种形式。() (2)在衰变过程中，电荷数、质量数守恒。() (3)原子所处的周围环境温度越高，衰变越快。() 原子核衰变的过程中，电荷数和质量数都守恒。 衰变的实质是原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个 电子，即粒子放射出来，转化方程为：10n11H 0 1e。 不同元素的半衰期一般不同，每种元素的半衰期不受外界温度、压强影响，也与 它是单质还是化合态无关。 知识点二 放射性的应用、污染和防护 1.放射性的应用 (1)放射性元素半衰期的利用 对于任何含碳物质，只要测定剩余的放射性14 6C 的含量，就可推断其年代。 (2)作为示踪原子 如果在某种元素里掺进一些该元素
4、的放射性同位素，用仪器探测它放出的射线， 就可查明这种元素的行踪。人们把具有这种用途的放射性同位素称为示踪原子。 (3)射线特性的利用 培育新品种：利用 射线照射种子，可使种子内的遗传物质发生变异，培育出 新的优良品种。 放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能。 射线探伤：利用射线穿透能力强的特点，可探查金属内部有没有缺陷或 裂纹。 2.放射性污染和防护 (1)放射性污染的主要来源 核爆炸；核泄漏；医疗照射。 (2)防止放射线伤害的措施 使用的放射源必须装在铅制容器中。 核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，深埋于地下或深海。 在放射源与人体之间加屏蔽物。 思考判断 (1)利用
5、放射性同位素放出的 射线可以给金属探伤。() (2)放射性同位素可以作为“示踪原子”。() (3)医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响。() 放射性同位素14 6C 可以用来判定古生物体的年代，被科学家称为“碳钟”。 放射性同位素作为示踪原子利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学 性质这一特点。 农产品存放上我们可以利用 射线杀死腐败细菌、抑制发芽延长保质期，医学上 我们可以利用 射线的高能量治疗癌症。 核工业和核科学研究中有些放射性原材料半衰期较长，一旦泄漏，会对生物体和 环境产生长期的辐射。 目前对核工业废料的处理没有较好的方法，只能深埋于地下或深海。 核心要点 对原子核衰变、半
6、衰期的理解 问题探究 如图为 衰变、 衰变示意图。 (1)当原子核发生 衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？ (2)当发生 衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元 素周期表中的位置怎样变化？ 答案 (1) 衰变时，质子数减少 2，中子数减少 2。 (2) 衰变时，核电荷数增加 1。新核在元素周期表中的位置向后移动一位。 探究归纳 1.对原子核衰变的理解 (1)衰变实质 衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个 粒子，并在一定条件下作为 一个整体从较大的原子核中抛射出来， 产生 衰变， 一次 衰变原子核的质量数 减少 4，核电荷数减少 2。 衰变：原子核内的一个中子变成
7、一个质子留在原子核内，同时放出一个电子， 即 粒子放射出来，一次 衰变，原子核的质量数不变，核电荷数增加 1。 (2)确定原子核衰变次数的方法与技巧 设放射性元素A ZX 经过 n 次 衰变和 m 次 衰变后，变成稳定的新元素AZY，则衰 变方程为：A ZXAZYn42Hem 01e 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：AA4n，ZZ2nm。 以上两式联立解得：nAA 4 ，mAA 2 ZZ。 2.对半衰期的理解 (1)意义：表示放射性元素衰变的快慢。 (2)半衰期公式：mM(1 2) t T 式中 m 表示衰变后的尚未发生衰变的元素的质量，t 表示衰变的时间，T 表示半 衰期。 (3)适用条
8、件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对 于一个特定的原子核， 无法确定其何时发生衰变， 半衰期只适用于大量的原子核。 经典示例 例 1 (多选)由于放射性元素237 93Np 的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现， 只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知237 93Np 经过一系列 衰变和 衰变 后变成209 83Bi，下列论断中正确的是( ) A.209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少 28 个中子 B.209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少 18 个中子 C.衰变过程中共发生了 7 次 衰变和 4 次 衰变 D.衰变过程中共有
9、4 个中子转变为质子 解析 209 83Bi 的中子数为 20983126，237 93Np 的中子数为 23793144，209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少 18 个中子，A 错误，B 正确；衰变过程中共发生了 衰变的次数为237209 4 7 次， 衰变的次数是 27(9383)4 次， C 正确； 此过程中共发生了 4 次 衰变，因此共有 4 个中子转变为质子，D 正确。 答案 BCD 例 2 放射性元素(222 86Rn)经 衰变成为钋(218 84Po)，半衰期约为 3.8 天；但勘测表 明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素222 86
10、Rn 的 矿石，其原因是( ) A.目前地壳中的222 86Rn 主要来自于其他放射性元素的衰变 B.在地球形成的初期，地壳中元素222 86Rn 的含量足够高 C.当衰变产物218 84Po 积累到一定量以后，218 84Po 的增加会减慢222 86Rn 的衰变进程 D.222 86Rn 主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期 解析 元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，一般与原子所处的物理、化学 状态以及周围环境、温度无关，C、D 错误；即使元素氡的含量足够高，经过漫 长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变， 故 A 正确，B 错误。 答案
11、A 针对训练 1 由原子核的衰变规律可知( ) A.放射性元素一次衰变可同时产生射线和射线 B.放射性元素发生 衰变时，新核的化学性质不变 C.放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制 D.放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加 1 解析 一次衰变不可能同时产生 射线和 射线，只可能同时产生 射线和 射线或 射线和 射线；原子核发生衰变后，核电荷数发生了变化，故新核(新 的物质)的化学性质应发生改变；发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数 减小 1。 答案 C 核心要点 放射性的应用与防护 要点归纳 1.放射性同位素的主要应用 (1)利用它的射线 工业部门使用射线测厚度利用 射
12、线的穿透特性。 农业应用 射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑 制蔬菜发芽，延长保存期等。 医疗上利用 射线的高能量治疗癌症。 (2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探 测放射性同位素的射线确定其位置。 2.放射性污染和防护 污染与防护 举例与措施 说明 污染 核爆炸 核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的 射 线和中子流，长期存在放射性污染 核泄漏 核工业生产和核科学研究中使用的放射性原材料， 一旦泄漏就会造成严重污染 医疗照射 医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到 损害，甚至造成病人死亡 防护 密封防护 把放射源密封在特殊的包壳里
13、，或者用特殊方法覆 盖，以防止射线泄漏 距离防护 距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受 到的危害就越轻 防护 时间防护 尽量减少受辐射的时间 屏蔽防护 在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用，铅 的屏蔽作用最好 经典示例 例 3 (多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( ) A. 射线探伤仪 B.利用含有放射性碘 131 的油，检测地下输油管的漏油情况 C.利用钴 60 治疗肿瘤等疾病 D.把含有放射性元素的肥料施给农作物， 用检测放射性的办法确定放射性元素在 农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律 解析 A 是利用了 射线的穿透性；C 利用了 射线的生物作用；B、D
14、 是利用 示踪原子。 答案 BD 针对训练 2 (多选)放射性污染的防护措施有( ) A.将废弃的放射性物质进行深埋 B.将废弃的放射性物质倒在下水道里 C.接触放射性物质的人员穿上铅防护服 D.严格和准确控制放射性物质的放射剂量 解析 因为放射性物质残存的时间太长，具有辐射性，故应将其深埋，A 正确， B 错误； 铅具有一定的防止放射性的能力， 接触放射性物质的人员穿上铅防护服， 并要控制一定的放射剂量，故 C、D 正确。 答案 ACD 1.(原子核的衰变)下列说法中正确的是( ) A. 衰变放出的电子来自组成原子核的电子 B. 衰变放出的电子来自原子核外的电子 C. 衰变说明原子核中含有
15、粒子 D. 射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波 解析 原子核发生 衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的 电子，A、B 错误； 射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子 和两个质子结合在一起从原子核中释放出来， 射线总是伴随其他衰变发生，它 的本质是电磁波，故 C 错误，D 正确。 答案 D 2.(半衰期的理解)下列有关半衰期的说法正确的是( ) A.放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变 速度越快 B.放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也 变长 C.把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰
16、变速度 D.降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度 解析 放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时 间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素 的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关， 故 A 正确， B、C、D 错误。 答案 A 3.(衰变次数的计算)最近几年， 科学家在超重元素的探测方面取得重大进展， 1996 年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时， 发现生成的超重元素 的核A ZX 经过 6 次 衰变后的产物是253100Fm。由此，可以判定生成的超重元素的原 子序数和质量数分
17、别是( ) A.124、259 B.124、265 C.112、265 D.112、277 解析 由电荷数守恒得 Z10012112，由质量数守恒得 A25324277， 故选 D。 答案 D 4.(放射性的应用与防护)关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( ) A.利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静 电的目的 B.利用 射线的贯穿性可以为金属探伤，也可以进行人体的透视 C.利用射线照射作物种子可使其 DNA 发生变异，其结果一定是更优秀的品种 D.利用射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量， 以免对人体正常组织造成太大的 伤害 解析 利用射线消除有害静电是利用射线的电离作用，使空气分子电离，将静电 导走，选项 A 错误； 射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，选项 B 错误；作物种子发生的 DNA 突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育 出优良品种，选项 C 错误；利用 射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要 科学地控制剂量，选项 D 正确。 答案 D