2016新课标三维人教物理选修3-5 第十九章 原子核 第2节 放射性元素的衰变

第2节放射性元素的衰变

1．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。

2344

2．α衰变： 23892U→ 90Th＋2He 23403．β衰变：234 90Th→ 91Pa＋－1e

4．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间

叫做这种元素的半衰期。

一、原子核的衰变 1．定义

原子核放出α粒子或β粒子，则核电荷数变了，变成另一种原子核，这种变化称为原子核的衰变。

2．衰变分类

(1)α衰变：放出α粒子的衰变。 (2)β衰变：放出β粒子的衰变。 3．衰变方程

2382344 92U→ 90Th＋2He 2342340 90Th→ 91Pa＋－1e。

4．衰变规律

(1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。

(2)当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β和γ三种射线。

二、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。 2．决定因素

放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部

版权所有:中国好课堂www.zghkt.cn

条件没有关系。不同的放射性元素，半衰期不同。

3．应用

利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间。

1．自主思考——判一判

(1)原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4。(√) (2)原子核发生β衰变时，原子核的质量不变。(×) (3)原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒。(√) (4)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。(×) (5)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。(√) (6)半衰期可以通过人工进行控制。(×) 2．合作探究——议一议

(1)发生β衰变时，新核的电荷数变化多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？

2340

提示：根据β衰变方程 234新核核电荷数增加了1个，原子序数增90Th→ 91Pa＋－1e知道，

加1个，故在元素周期表上向后移了1位。

(2)放射性元素衰变有一定的速率。镭226衰变为氡222的半衰期为1 620年，有人说：10 g镭226经过1 620年有一半发生衰变，镭226还有5 g，再经过1 620年另一半镭226也发生了衰变，镭226就没有了。这种说法对吗？为什么？

提示：不对。放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫做这种元素的半衰期。经过第二个1 620年后镭226还剩2.5 g。

(3)放射性元素的半衰期是否就是该种元素的核子有半数发生变化的时间？

提示：不是。经过一个半衰期，该种元素的原子核有半数发生变化，转变成其他元素，但核内的核子(质子和中子)并没有这么明显的变化。

原子核的衰变规律及衰变方程

1．衰变实质

14α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子20n＋211H→2He 10β衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子10n→1H＋－1e

2．衰变方程通式

A44(1)α衰变：AZX→Z－2Y＋2He

－

版权所有:中国好课堂www.zghkt.cn

A0

(2)β衰变：AZX→Z＋1Y＋－1e

3．确定原子核衰变次数的方法与技巧

A(1)方法：设放射性元素AZX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Z′Y，

′

则衰变方程为：

AA′40ZX→Z′Y＋n2He＋m－1e

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。

A－A′A－A′

以上两式联立解得：n＝，m＝＋Z′－Z。

42由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。

(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。

234

[典例] 原子核 23892U经放射性衰变①变为原子核 90Th，继而经放射性衰变②变为原子234

核234 91Pa，再经放射性衰变③变为原子核 92U。放射性衰变①②③依次为( )

A．α衰变、β衰变和β衰变 B．β衰变、α衰变和β衰变 C．β衰变、β衰变和α衰变 D．α衰变、β衰变和α衰变 [思路点拨]

(1)放射性元素发生衰变时，质量数和电荷数均守恒。 (2)先确定衰变时放出的粒子，再确定衰变的种类。 [解析]

①238234

―→ 92U― 90Th

234

，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变。―→ 90Th―

②

234

91Pa

，

质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子。234―→ 91Pa― 1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子。故选A。

[答案] A

放射性元素衰变的三大规律

(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。 (2)每发生一次α衰变，质子数、中子数均减少2。

(3)每发生一次β衰变，中子数减少1，质子数增加1。

1．原子核发生β衰变时，此β粒子是( )

版权所有:中国好课堂www.zghkt.cn

③

234

92U

，质子数加

A．原子核外的最外层电子

B．原子核外的电子跃迁时放出的光子 C．原子核内存在着的电子

D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出的一个电子

解析：选D 因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：

110110

0n→1H＋－1e(β)，1H→0n＋1e。

由上式可看出β粒子(负电子)是原子核内的中子转化而来，正电子是由原子核内的质子转化而来。

2202．放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为232 90Th→ 86Rn＋xα＋yβ，

其中( )

A．x＝1，y＝3 C．x＝3，y＝1

B．x＝2，y＝3 D．x＝3，y＝2

解析：选D 根据衰变方程左右两边的质量数和电荷数守恒可列方程

?232＝220＋4x，??解得x＝3，y＝2。故选项D正确。 ??90＝86＋2x－y，

3．某放射性元素的原子核发生两次α衰变和六次β衰变，关于它的原子核的变化，下列说法中正确的是( )

A．质子数减小2 B．质子数增加2 C．中子数减小8

D．核子数减小10

解析：选B 设该原子核的质量数(核子数)为m，电荷数(质子数)为n，衰变后的质量数为x，电荷数为y，则有：

m－8＝x，n－4＋6＝y，由此可知衰变后核子数减少8，质子数增加2，中子数减小10，故A、C、D错误，B正确。

对半衰期的理解

1．适用条件

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，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核。

2．有关计算

根据半衰期的定义，原子核的数目半数发生衰变所用的时间叫做该元素的一个半衰期。所以可推测出如下公式：剩余的数目是原来数目的几分之几或剩余的这种元素的质量是原

版权所有:中国好课堂www.zghkt.cn