22原子核的放射性衰变及应用.pptx

一、放射性衰变及其规律一、放射性衰变及其规律 1.1.放射性衰变：放射性衰变：核素核素自发地自发地放射出某种射线而变成放射出某种射线而变成另一种核素、或从激发态过渡到基态的现象。另一种核素、或从激发态过渡到基态的现象。放射性物质放出的射线主要有放射性物质放出的射线主要有三种三种：射线：即射线：即氦氦原子核原子核，贯穿本领很小，电离作用很强。，贯穿本领很小，电离作用很强。射线：即射线：即电子流电子流，有较大的贯穿本领和较小的电离作用，有较大的贯穿本领和较小的电离作用 其贯穿本领大约是其贯穿本领大约是 射线的射线的100100倍。倍。射线：即射线：即光子流光子流，波长很短的电磁波，在电磁波谱上，波长很短的电磁波，在电磁波谱上 排在排在X射线之后，有最大的贯穿本领和最小的电离作用射线之后，有最大的贯穿本领和最小的电离作用10.2 原子核的放射性衰变原子核的放射性衰变凡能发生放射性衰变的核素叫凡能发生放射性衰变的核素叫放射性核素放射性核素。2.衰变定律衰变定律：表示一个原子核在单位时间内发生衰变的几率。表示一个原子核在单位时间内发生衰变的几率。放射性衰变的放射性衰变的守恒量守恒量：电荷、质量、质量、能量、动量。：电荷、质量、质量、能量、动量。放射性衰变的指数规律放射性衰变的指数规律 时间内发生核衰变的数目时间内发生核衰变的数目 衰变常数衰变常数t 时刻、单位时间内发生衰变的原子核数时刻、单位时间内发生衰变的原子核数 半衰期：半衰期：放射性物质的原子核的数目衰变到原来数目放射性物质的原子核的数目衰变到原来数目 的一半时所经过的时间。的一半时所经过的时间。平均寿命：平均寿命：一个原子核在衰变前存在的时间叫做它的一个原子核在衰变前存在的时间叫做它的 寿命。所有原子核寿命的平均值称为平均寿命。寿命。所有原子核寿命的平均值称为平均寿命。内发生衰变的内发生衰变的dN个核的总寿命个核的总寿命 测定半衰期的方法测定半衰期的方法：测测出：出：绘图绘图 一条直线一条直线图图 直线的斜率等于直线的斜率等于 t T 由一种放射性核素开始，而产生一代一代的核素，由一种放射性核素开始，而产生一代一代的核素，直到形成稳定的核素为止，构成了一个放射系。直到形成稳定的核素为止，构成了一个放射系。ZZ，不动不动；A不变不变 二、放射系：二、放射系：位移：位移：发生衰变后，原子在周期表中位置的变化。发生衰变后，原子在周期表中位置的变化。衰变中：衰变中：ZZ-2，向前移两位；向前移两位；AA-4，减少，减少4个单位个单位 -衰变中：衰变中：ZZ+1，向后退一位向后退一位；A不变不变 +衰变中：衰变中：ZZ-1，向前移一位；向前移一位；A不变不变 衰变中：衰变中：K俘获中：俘获中：ZZ-1，向前移一位；向前移一位；A不变不变 1铀铀()系系 衰变次数：衰变次数：衰变次数：衰变次数：2钍钍()系系 衰变次数：衰变次数：衰变次数：衰变次数：3.锕锕()系系 衰变次数：衰变次数：衰变次数：衰变次数：俗称锕铀俗称锕铀4.镎镎()系系 衰变次数：衰变次数：衰变次数：衰变次数：其中半衰期最长的为其中半衰期最长的为故称为故称为镎系镎系三、三、衰变衰变衰变式：衰变式：原子核原子核自发地自发地放射出放射出 粒子而发生的衰变粒子而发生的衰变1.粒子的动能粒子的动能使使 粒子在真空中经过垂粒子在真空中经过垂直于它的路径的磁场直于它的路径的磁场。测出测出 粒子的动能。粒子的动能。衰变能：衰变能：原子核在衰变过程中释放的能量，用原子核在衰变过程中释放的能量，用Ed表示表示:衰变能的释放形式衰变能的释放形式 :衰变前：衰变前：母核静止，总动量为母核静止，总动量为0 2.衰变能衰变能动量守恒：动量守恒：3.能谱和原子核能级能谱和原子核能级 实验发现，在实验发现，在 衰变中，大多数核素将放射出几组不衰变中，大多数核素将放射出几组不同动能的同动能的 粒子粒子性性 原子核具有分立的能量状态。原子核具有分立的能量状态。测得测得 粒子的动能有粒子的动能有2种：种：观测到能量为观测到能量为0.189MeV的的射线。射线。相应的衰变能：相应的衰变能：粒子粒子能谱能谱原子核能级原子核能级原子核反应：原子核反应：四、四、衰变衰变1.衰变的三种类型及衰变条件衰变的三种类型及衰变条件 衰变是核电荷数改变而核子数不变的衰变。衰变是核电荷数改变而核子数不变的衰变。(1)-衰变：衰变：反中微子，右旋中微子，自旋方向和运动方向相同。反中微子，右旋中微子，自旋方向和运动方向相同。原子核中不存在电子：原子核中不存在电子：能量守恒：能量守恒：E为衰变能：为衰变能：衰变条件：衰变条件：(2)+衰变：衰变：中微子，左旋中微子，自旋方向和运动方向相反。中微子，左旋中微子，自旋方向和运动方向相反。原子核中不存在电子：原子核中不存在电子：能量守恒：能量守恒：衰变能：衰变能：衰变条件：衰变条件：(3)K俘获：俘获：原子核俘获一个核外轨道上的电子而转变原子核俘获一个核外轨道上的电子而转变 为另一个原子核的过程。为另一个原子核的过程。发射发射X标识谱：标识谱：产生欧歇电子：产生欧歇电子：-电离能电离能能量守恒：能量守恒：K：俘获俘获K层电子时所消耗的能量，称为电子的结合能。层电子时所消耗的能量，称为电子的结合能。衰变能：衰变能：衰变条件：衰变条件：2 粒子粒子能谱能谱(1)(1)粒子能量连续分粒子能量连续分布布(2)具有确定的最大值具有确定的最大值Em：(3)(3)曲线有一极大值：曲线有一极大值：（衰变（衰变能）能）粒子能谱引发的困境：粒子能谱引发的困境：粒子能谱是连续的，而原子核具有分立能级。粒子能谱是连续的，而原子核具有分立能级。能量不守恒？能量不守恒？角动量不守恒？角动量不守恒？3.中微子假设中微子假设:泡利认为：泡利认为：当放射性物质发生当放射性物质发生 衰变时，还要放出衰变时，还要放出一个中性粒子，其静止质量几乎为一个中性粒子，其静止质量几乎为0 0，故称为，故称为中微子中微子。中微子分为两种：中微子和反中微子，它们的质量完中微子分为两种：中微子和反中微子，它们的质量完全相同，都不带电荷，但自旋方向不同。全相同，都不带电荷，但自旋方向不同。由于三者之间的分配是由于三者之间的分配是任意的，任意的，所以所以 粒子粒子的能量的能量是是连续的连续的，形成了，形成了连续谱连续谱:假设中微子的自旋和电子一样为，则衰变前后假设中微子的自旋和电子一样为，则衰变前后的角动量守恒。的角动量守恒。19561956年，从实验上发现了中微子。年，从实验上发现了中微子。由于由于 衰变能主要在电子和中微子之间分配。衰变能主要在电子和中微子之间分配。当当 其余情况其余情况 五、五、衰变衰变原子核通过发射原子核通过发射 光子从激发态跃光子从激发态跃迁到较低能态的过程迁到较低能态的过程 1.衰变的能量衰变的能量2.内转换内转换 原子核从激发态向较低能量状原子核从激发态向较低能量状态跃迁时，将态跃迁时，将核的激发能直接交核的激发能直接交给核外电子，使这个电子发射出给核外电子，使这个电子发射出来，这种现象称为来，这种现象称为内转换内转换，释放，释放的电子称为的电子称为内转换电子内转换电子。内转换过程有两个伴随过程：内转换过程有两个伴随过程：发射特征发射特征X射线和俄歇电子。射线和俄歇电子。一、示踪原子的应用一、示踪原子的应用 由于放射性原子的放射作用，容易用仪器探测它的由于放射性原子的放射作用，容易用仪器探测它的踪迹，可以利用它为显示踪迹的工具。踪迹，可以利用它为显示踪迹的工具。v 农业上用农业上用32P研究磷肥对植物的作用研究磷肥对植物的作用v工业上可用来研究磨损量工业上可用来研究磨损量v 可用来研究半导体中杂质的扩散可用来研究半导体中杂质的扩散10.3 放射性的应用放射性的应用二、放射性在地质上的应用二、放射性在地质上的应用 设岩石形成之初含有设岩石形成之初含有N0个个U原子，现在含有原子，现在含有N个个U原原子，以及子，以及N个个Pb原子，还有个原子，还有个 中间衰变产物，中间衰变产物，三、放射性在考古上的应用三、放射性在考古上的应用 在考古工作中，在考古工作中，14C可以用来推算年代。可以用来推算年代。植物吸收空气中的植物吸收空气中的CO2，动物吃植物，所以有生命的生，动物吃植物，所以有生命的生物体由于新陈代谢，体内物体由于新陈代谢，体内14C 和和12C的的含量与大气中相同。含量与大气中相同。空气中空气中14C和稳定同位素和稳定同位素12C之比为之比为1.2:1012。14C具有放射性，半衰期为具有放射性，半衰期为5600年年。生物体死后，新陈代谢停止，于是由于衰变生物体死后，新陈代谢停止，于是由于衰变14C逐渐减少。逐渐减少。在考古工作中，可以从古生物遗骸中的在考古工作中，可以从古生物遗骸中的14C的含量推算古的含量推算古生物到现在的时间。生物到现在的时间。四、射线的应用四、射线的应用v 医学上用医学上用射线治疗肿瘤射线治疗肿瘤v 农业上用农业上用射线照射农作物，以刺激生长射线照射农作物，以刺激生长v 工业上利用工业上利用射线对金属进行探伤或其他检验，射线对金属进行探伤或其他检验，还可用来测量物体的厚度和密度还可用来测量物体的厚度和密度 设设是古生物遗骸中是古生物遗骸中14C和和12C存量之比；存量之比；0是空气是空气中中14C和和12C存量之比，则：存量之比，则：