PAGEPAGE6原子核衰變及半衰期1.物質能自發地放出射線的現象，叫做自然放射現象。物質放出射線的性質稱為放射性。具有放射性的元素叫做放射性元素。2．放射線有三種，分別為α射線、β射線和γ射線。其中α射線是氦原子核粒子流，β射線是高速運動的電子流，γ射線是波長很短的電磁波。3．原子核衰變時電荷數和質量數守恒。α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(A－4,Z－2)Y。β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(A,Z＋1)Y。4．放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間叫做這種元素的半衰期。有公式m＝Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m為該元素剩余質量，M為該元素原來的質量，t為經過的時間，τ為半衰期。1．自然放射現象的發覺(1)發覺：1896年，貝可勒爾發覺鈾鹽能自發地放出某種看不見的射線，這種射線能穿透黑紙，使照相底片感光。(2)自然放射現象：物質能自發地放出射線的現象。(3)放射性：物質放出射線的性質。(4)放射性元素：具有放射性的元素。2．放射線的本質(1)α射線：α射線是高速運動的氦原子核(eq\o\al(4,2)He)粒子流，電離作用很強，穿透實力很弱，一張鋁箔或一張薄紙就能把它攔住。(2)β射線：β射線是高速運動的電子(eq\o\al(0,－1)e)流，電離作用較弱，穿透實力較強，能穿透幾毫米厚的鋁板。(3)γ射線：γ射線是波長很短的電磁波，電離作用很弱，穿透實力很強，能穿透幾厘米厚的鉛板。3．衰變原子核由于釋放出像α、β這樣的射線而轉變為新核的變更。4．衰變形式常見的衰變有兩種，放出α粒子的衰變為α衰變，放出β粒子的衰變叫β衰變，而γ射線是伴隨α射線或β射線產生的。5．衰變規律在衰變過程中，電荷數和質量數守恒，但質量不守恒(以后會學到)。(1)α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(A－4,Z－2)Y(2)β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(A,Z＋1)Y6．衰變的快慢——半衰期(1)放射性元素的原子核有半數發生衰變須要的時間叫做半衰期。(2)元素半衰期的長短由原子核自身因素確定，與原子所處的物理、化學狀態以及四周環境、溫度無關。1．自主思索——判一判(1)放射性元素發出的射線可以干脆視察到。(×)(2)放射性元素發出的射線的強度可以人工限制。(×)(3)α射線的穿透本事最強，電離作用很弱。(×)(4)原子核的衰變有α衰變、β衰變和γ衰變三種形式。(×)(5)在衰變過程中，電荷數、質量數守恒。(√)(6)原子所處的四周環境溫度越高，衰變越快。(×)2．合作探究——議一議(1)自然放射現象說明白什么？提示：自然放射現象說明白原子核具有困難的內部結構。(2)有10個鐳226原子核，經過一個半衰期有5個發生衰變，這樣理解對嗎？提示：不對。10個原子核數目太少，它們何時衰變是不行預料的，因為衰變規律是大量原子核的統計規律。放射線的本質1．三種射線的比較如下表種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0質量4mpmp＝1.67×10－27kgeq\f(mp,1836)靜止質量為零速度0.1c0.9cc在電場或磁場中偏轉與α射線反向偏轉不偏轉貫穿本事最弱，用紙能攔住較強，穿透幾毫米的鋁板最強，穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱在空氣中的徑跡粗、短、直細、較長、曲折最長通過膠片感光感光感光2.三種射線的比較方法(1)知道三種射線帶電的性質，α射線帶正電、β射線帶負電、γ射線不帶電。α、β是實物粒子，而γ射線是光子流，屬電磁波的一種。(2)在電場或磁場中，通過其受力及運動軌跡半徑的大小來推斷α射線和β射線偏轉方向，由于γ射線不帶電，故運動軌跡仍為直線。(如圖甲、乙所示)(3)α射線穿透實力較弱，β射線穿透實力較強，γ射線穿透實力最強，而電離作用相反。[例1]一置于鉛盒中的放射源放射出的α、β和γ三種射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔，鋁箔后的空間有一勻強電場。進入電場后，射線變為a、b兩束，射線a沿原來方向行進，射線b發生了偏轉，如圖所示，則圖中的射線a為________射線，射線b為________射線。[解析]在三種射線中，α射線帶正電，穿透實力最弱，γ射線不帶電，穿透實力最強，β射線帶負電，穿透實力一般，綜上所述，結合題意可知，a射線應為γ射線，b射線應為β射線。[答案]γβ1．[多選]關于自然放射現象，下列說法正確的是()A．α射線是由氦原子核組成的B．β射線的穿透實力最強C．γ射線是波長很短的電磁波D．β射線本質是高速電子流解析：選ACDα射線本質是氦核，A正確；β射線本質是高速電子流，D正確；γ射線是波長很短的電磁波，C正確；α射線的電離作用最強，γ射線的穿透實力最強，B錯誤。2.在軋制鋼板時須要動態地監測鋼板的厚度，其檢測裝置由放射源、探測器等構成，如圖所示。該裝置中探測器接收到的是()A．X射線 B．α射線C．β射線 D．γ射線解析：選D放射源放出的是α射線、β射線、γ射線三種射線，無X射線，選項A錯誤；α射線的穿透本事最弱，一張紙就能將其攔住，β射線的穿透本事較強，能穿透幾毫米厚的鋁板，γ射線的穿透本事最強，可以穿透幾厘米厚的鉛板，故探測器接收到的應當是γ射線，選項D正確，B、C錯誤。衰變次數的分析及計算1．衰變實質α衰變：原子核內兩個質子和兩個中子結合成一個α粒子，并在肯定條件下作為一個整體從較大的原子核中拋射出來，產生α衰變。2eq\o\al(1,0)n＋2eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He。β衰變：原子核內的一個中子變成一個質子留在原子核內，同時放出一個電子，即β粒子放射出來。eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e。2．確定原子核衰變次數的方法與技巧(1)方法：設放射性元素eq\o\al(A,Z)X經過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，則衰變方程為：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e依據電荷數守恒和質量數守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。以上兩式聯立解得：n＝eq\f(A－A′,4)，m＝eq\f(A－A′,2)＋Z′－Z。由此可見，確定衰變次數可歸結為解一個二元一次方程組。(2)技巧：為了確定衰變次數，一般先由質量數的變更確定α衰變的次數(這是因為β衰變的次數多少對質量數沒有影響)，然后依據衰變規律確定β衰變的次數。[例2]eq\o\al(238,92)U核經一系列的衰變后變為eq\o\al(206,82)Pb核，問：(1)一共經過幾次α衰變和幾次β衰變？(2)eq\o\al(206,82)Pb與eq\o\al(238,92)U相比，質子數和中子數各少多少？(3)寫出這一衰變過程的方程。[思路點撥]解答本題要留意以下三點：(1)衰變過程遵循質量數守恒和電荷數守恒。(2)每發生一次α衰變質子數、中子數均削減2，質量數削減4。(3)每發生一次β衰變中子數削減1，質子數增加1，質量數不變。[解析](1)設eq\o\al(238,92)U衰變為eq\o\al(206,82)Pb經過x次α衰變和y次β衰變，由質量數守恒和電荷數守恒，可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②聯立①②解得x＝8，y＝6，即一共經過8次α衰變和6次β衰變。(2)由于每發生一次α衰變質子數和中子數均削減2，每發生一次β衰變中子數削減1，質子數增加1，故eq\o\al(206,82)Pb比eq\o\al(238,92)U質子數少10，中子數少22。(3)核衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e。[答案]見解析1．建材中的放射物質，衰變成放射性的氡氣，會導致肺癌，其中建材中放射性元素中含有許多的是釙222(eq\o\al(222,84)Po)，它經過多少次β衰變能生成氡222(eq\o\al(222,86)Rn)()A．222次 B．136次C．2次 D．86次解析：選C釙(222)衰變成氡(222)質量數沒有變，故僅發生了β衰變，次數為86－84＝2次，故A、B、D錯，C對。2．[多選]由于放射性元素eq\o\al(237,93)Np的半衰期很短，所以在自然界始終未被發覺，只是在運用人工的方法制造后才被發覺。已知eq\o\al(237,93)Np經過一系列α衰變和β衰變后變成eq\o\al(209,83)Bi，下列論斷中正確的是()A.eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少28個中子B.eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少18個中子C．衰變過程中共發生了7次α衰變和4次β衰變D．衰變過程中共有4個中子轉變為質子解析：選BCDeq\o\al(209,83)Bi的中子數為209－83＝126，eq\o\al(237,93)Np的中子數為237－93＝144，eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少18個中子，A錯、B對；衰變過程中共發生α衰變的次數為eq\f(237－209,4)＝7次，β衰變的次數是2×7－(93－83)＝4次，C對；此過程中共發生了4次β衰變，因此共有4個中子轉變為質子，D對。半衰期的理解及計算1．常用公式：m＝Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T1/2)，n＝Neq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T1/2)式中M、N表示衰變前放射性元素的質量和原子數，m、n表示經過時間t后尚未發生衰變的放射性元素的質量和原子數，T1/2表示半衰期。2．半衰期的特征：放射性元素的半衰期是穩定的，由原子核自身因素確定，跟原子所處的物理狀態(如溫度、壓強)或化學狀態(如單質、化合物)無關。3．半衰期描述的是大量原子核的統計行為，說明在大量原子核群體中，經過肯定時間將有肯定比例的原子核發生衰變，但半衰期對少量原子核沒有意義。4．半衰期的應用：利用自然放射性元素的半衰期可以估測巖石、化石和文物的年頭。[例3]14C是一種半衰期為5730年的放射性同位素。若考古工作者探測到某古木中14C的含量為原來的eq\f(1,4)，則該古樹死亡時間距今大約()A．22920年 B．11460年C．5730年 D．2865年[思路點撥]由于大氣中14C的含量為肯定值，古生物失去活力后與大氣的交換結束，14C隨衰變漸漸削減，因此可依據衰變規律確定年頭。[解析]假設古木死亡時14C的質量為m0，現在的質量為m，由死亡至今所含14C經過了n個半衰期，由題意可知eq\f(m,m0)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))n＝eq\f(1,4)所以n＝2，即古木死亡的時間為5730×2年＝11460年，應選B。[答案]B半衰期是指放射性元素的質量有半數發生衰變的時間，而不是樣本質量削減一半的時間。另外留意區分已發生衰變的質量meq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\f(t,τ)))和剩余的未發生衰變的質量meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)。1．下列有關半衰期的說法中正確的是()A．放射性元素的半衰期越短，表明有半數原子核發生衰變所用的時間越短，衰變速度越大B．放射性元素的樣品不斷衰變，隨著剩下的未衰變的原子核的削減，元素的半衰期也變短C．把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢衰變速率D．降低溫度或增大壓強，讓該元素與其他物質形成化合物，均可減慢衰變速率解析：選A放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半數發生衰變所須要的時間，它反映的是放射性元素衰變的快慢，衰變越快，半衰期越短；某種元素的半衰期長短由其本身因素確定，與它所處的物理狀態或化學狀態無關，故A正確。2．若干eq\o\al(210,83)Bi放在天平左盤上，右盤放420g砝碼，天平平衡。當鉍發生衰變eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(206,81)Tl＋eq\o\al(4,2)He，經過