19.2-放射性元素的衰变

射线成分速度贯穿能量电离能量αβγ氦原子核1/10光速弱很容易高速电子流接近光速较强较弱高能量电磁波光速很强更小晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交不了，非常同情他们，用点石成金的法术，免去百姓的租税。许逊真的能把石头点成金子吗？原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。质量数守恒，电荷数守恒。我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变（decay）。330121HH+e衰变：原子核放出粒子的衰变叫做衰变β衰变：原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变4422XY+HeAAZZ011XY+eAAZZγ衰变：伴随射线或β射线产生HeThU422349023892如：ePTh012349123490a如：原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？110011nH+e1.放射性元素衰变不可能有单独的γ衰变！2.衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！例题192238U经一系列的衰变后变为82206Pb。(1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变?(2)82206Pb与92238U相比,求质子数和中子数各少多少?(3)写出这一衰变过程的方程。点拨:可依据衰变过程中质量数和电荷数守恒求解衰变次数,再根据α衰变、β衰变的实质推算质子数、中子数的变化。解析:(1)设92238U衰变为82206Pb经过x次α衰变和y次β衰变。由质量数和电荷数守恒可得238=206+4x①92=82+2x-y②联立①②解得x=8,y=6,即一共经过8次α衰变和6次β衰变。(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2,每发生一次β衰变中子数减少1,而质子数增加1,故82206Pb较92238U质子数少10,中子数少22。(3)核反应方程为92238U→82206Pb+824He+6-10e。答案:(1)86(2)1022(3)92238U→82206Pb+824He+6-10e2.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量。1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。m/m011.47.63.81/21/41/8t/天0氡的衰变经过n个半衰期(T)，其剩余的质量为质量与原子个数相对应，故经过n个半衰期后剩余的粒子数为001122tnTmmm001122tnTNNN2.半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。1.半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关。例题2某放射性元素原为8g,经6天时间已有6g发生了衰变,此后它再衰变1g,还需要几天?解析:8g放射性元素已衰变了6g,还有2g没有衰变,现在要求在2g的基础上再衰变1g,即再衰变一半,故找出元素衰变的半衰期就可得结论。由半衰期公式m=m0(12)𝑡𝜏,得(8-6)g=8×(12)𝑡𝜏g,𝑡𝜏=2,即放射性元素从8g变为6g余下2g时需要2个半衰期。因为t=6天,所以τ=𝑡2=3天,即半衰期是3天,而余下的2g衰变1g需1个半衰期τ=3天。答案:3天例题2某放射性元素原为8g,经6天时间已有6g发生了衰变,此后它再衰变1g,还需要几天?解析:8g放射性元素已衰变了6g,还有2g没有衰变,现在要求在2g的基础上再衰变1g,即再衰变一半,故找出元素衰变的半衰期就可得结论。由半衰期公式m=m0(12)𝑡𝜏,得(8-6)g=8×(12)𝑡𝜏g,𝑡𝜏=2,即放射性元素从8g变为6g余下2g时需要2个半衰期。因为t=6天,所以τ=𝑡2=3天,即半衰期是3天,而余下的2g衰变1g需1个半衰期τ=3天。答案:3天A􀎥变式训练2􀎥放射性同位素1124Na的样品经过6h还剩下18没有衰变,它的半衰期是()A.2hB.1.5hC.1.17hD.0.75h解析:本题考查的是对半衰期的理解。放射性元素衰变一半所用时间是一个半衰期,剩下的元素再经一个半衰期只剩下14,再经一个半衰期这14又会衰变一半,只剩18。所以题中所给的6h为三个半衰期的时间,因而该放射性同位素的半衰期应是2h。也可根据m余=m原12𝑡𝑇,得18=126h𝑇,T=2h。答案:A􀎥变式训练2􀎥放射性同位素1124Na的样品经过6h还剩下18没有衰变,它的半衰期是()A.2hB.1.5hC.1.17hD.0.75h解析:本题考查的是对半衰期的理解。放射性元素衰变一半所用时间是一个半衰期,剩下的元素再经一个半衰期只剩下14,再经一个半衰期这14又会衰变一半,只剩18。所以题中所给的6h为三个半衰期的时间,因而该放射性同位素的半衰期应是2h。也可根据m余=m原12𝑡𝑇,得18=126h𝑇,T=2h。答案:A􀎥变式训练2􀎥放射性同位素1124Na的样品经过6h还剩下18没有衰变,它的半衰期是()A.2hB.1.5hC.1.17hD.0.75h解析:本题考查的是对半衰期的理解。放射性元素衰变一半所用时间是一个半衰期,剩下的元素再经一个半衰期只剩下14,再经一个半衰期这14又会衰变一半,只剩18。所以题中所给的6h为三个半衰期的时间,因而该放射性同位素的半衰期应是2h。也可根据m余=m原12𝑡𝑇,得18=126h𝑇,T=2h。答案:A1.原子核发生β衰变时,此β粒子是()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:因原子核是由带正电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,其转化可用以下形式表示:01n→11H+-10e(β),11H→01n+10e。由上式可看出β粒子(负电子)是由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。答案:DD2.关于天然放射现象,下列说法正确的是()A.α射线是由氦原子核衰变产生B.β射线是由原子核外电子电离产生C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D.通过化学反应不能改变物质的放射性解析:α射线是原子核衰变中放出的由氦核组成的粒子流,选项A错误;β射线是原子核衰变中核内放出的高速电子流,它是由核内一个中子转化成一个质子时放出的,选项B错误;γ射线是原子核衰变过程中,产生的新核具有过多的能量,这些能量以γ光子的形式释放出来,选项C错误;化学反应只是原子间核外电子的转移,不改变原子核的结构,所以不能改变物质的放射性,选项D正确。答案:D（）D3.原子核92238U经放射性衰变①变为原子核90234Th,继而经放射性衰变②变为原子核91234Pa,再经放射性衰变③变为原子核92234U。放射性衰变①、②和③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衰变解析:92238U90234Th,质量数少4,电荷数少2,说明①为α衰变。90234Th91234Pa,质子数加1,质量数不变,说明②为β衰变,中子转化成质子,91234Pa92234U,质子数加1,质量数不变,说明③为β衰变,中子转化成质子。故选项A正确。答案:AA4.(2014·江苏单科)氡222是一种天然放射性气体,被吸入后,会对人的呼吸系统造成辐射损伤。它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。其衰变方程是86222Rn→84218Po+。已知86222Rn的半衰期约为3.8天,则约经过天,16g的86222Rn衰变后还剩1g。解析:衰变过程中质量数、电荷数守恒,有86222Rn→84218Po+24He;由半衰期定义,1=16×12𝑡3.8,解得t=15.2天。答案:24He(或α)15.24.(2014·江苏单科)氡222是一种天然放射性气体,被吸入后,会对人的呼吸系统造成辐射损伤。它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。其衰变方程是86222Rn→84218Po+。已知86222Rn的半衰期约为3.8天,则约经过天,16g的86222Rn衰变后还剩1g。解析:衰变过程中质量数、电荷数守恒,有86222Rn→84218Po+24He;由半衰期定义,1=16×12𝑡3.8,解得t=15.2天。答案:24He(或α)15.25.（多选）关于放射性元素的半衰期()A.是原子核质量减少一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关D.可以用于测定地质年代、生物年代等BD