放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用

放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用第1頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用熱身

它會變成另一種元素

它的質(zhì)量減少，但化學(xué)性質(zhì)不變

它會變得穩(wěn)定

它會完全消失

其他：________________

在放射性核素衰變時，有甚麼會發(fā)生？第2頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)讲环€(wěn)定的原子核會放出輻射，失去部分粒子／能量。這個過程稱為放射衰變或蛻變。第3頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)皆雍怂プ冡?，會變成另一種元素的原子核。母核衰變產(chǎn)物

=

子核

+

衰變過程中發(fā)射出來的粒子衰變X子核Y輻射第4頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)?/p>

衰變

粒子=氦原子核

輻射

射線（伽瑪射線）

=高能的電磁波

衰變

粒子=電子

粒子

粒子

射線第5頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)絘

衰變90p144n鈾-238母核2p2n釷-234子核氦-4(

粒子)衰變產(chǎn)物質(zhì)子中子92p146n第6頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)絘

衰變上面的數(shù)目及下面的數(shù)目均左右平衡23490U23892Th+He42238=234+492=90+2鈾-238母核92p146n90p144n2p2n釷-234子核氦-4（

粒子）第7頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)絘

衰變XAZA

4Z

2Y+He4223490U23892Th+He42238=?+492=?+2原子序數(shù)

-2質(zhì)量數(shù)

-4第8頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)絙

衰變91p143n釷-234母核鏷-234子核電子e-

（

粒子）衰變產(chǎn)物質(zhì)子中子90p144npn-1+1e-+1質(zhì)量023491Th23490Pa+e??234=234+090=91+(1)e01第9頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)絙

衰變原子序數(shù)

+1質(zhì)量數(shù)

不變XAZAZ

+1Y+e0

1pne-質(zhì)量0第10頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)絚

輻射有些原子核在放出

或

粒子後，會比正常狀態(tài)具有較多的能量。

射線90p144n釷-234釷-23490p144n具多餘的能量衰變產(chǎn)物能量第11頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)絚

輻射原子序數(shù)

不變質(zhì)量數(shù)

不變X*AZAZX+

Th*23490+Th23490

具多餘的能量第12頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)?/p>

衰變

XAZA

4Z

2Y+He42

輻射能量X*AZAZX+

衰變XAZAZ

+1Y+e0

1pne-2p2n第13頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)借D-226

的

衰變模擬程式問題?例題1第14頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用1 衰變?nèi)経23892Th2349091Pa23492U234…

82Pb206

放射性穩(wěn)定d 衰變系釷-232的衰變系問題?例題2第15頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用2 放射衰變的特性放射衰變是隨機(jī)地（或無規(guī)地）發(fā)生的。這刻會發(fā)生衰變嗎？這次會擲得「1」嗎？a 隨機(jī)特性第16頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)19a放射衰變——擲骰類比錄像片段尚未衰變的數(shù)目如何改變？擲得「1」代表衰變了

拿走第17頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用2 放射衰變的特性a 隨機(jī)特性由於衰變結(jié)果是隨機(jī)的，點(diǎn)並不正正落在曲線上。擲骰次數(shù)

100806040024620810衰變曲線：尚未衰變第18頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用2 放射衰變的特性b 衰變速率擲骰次數(shù)

100806040024620810尚未衰變尚未衰變的數(shù)目

衰變的數(shù)目

衰變速率

第19頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用2 放射衰變的特性b 衰變速率放射強(qiáng)度（衰變速率）

未衰變核的數(shù)目放射強(qiáng)度的單位

=

貝克

(Bq)即每秒鐘的蛻變次數(shù)第20頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用2 放射衰變的特性c 半衰期擲骰次數(shù)

100806040024620810尚未衰變3.5次投擲後： 100

50+3.5次投擲後： 50

25

半數(shù)衰變所需的時間是固定的。+3.5次投擲後： 25

12.5第21頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用2 放射衰變的特性半衰期

=

一半核素衰變了所需的時間=

放射強(qiáng)度減半所需的時間c 半衰期第22頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用2 放射衰變的特性01620年1個半衰期3240年2個半衰期4860年3個半衰期40

10620

10620

10610

10630

1065

10635

106106鐳-222（已衰變）106鐳-226（未衰變）時間0

106注意:原子核（母核和子核）的總數(shù)永遠(yuǎn)保持不變。c 半衰期第23頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用2 放射衰變的特性計(jì)算核素的放射性能維持多久，危險性維持多久識別不明放射性核素的種類用途：c 半衰期第24頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用2 放射衰變的特性鈉-24的放射強(qiáng)度找出放射性樣本的半衰期模擬程式問題？例題3問題？例題4c 半衰期第25頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用3 人工放射性同位素的應(yīng)用天然的放射性物質(zhì)非常少。不過，用快速運(yùn)動的粒子撞擊某些元素的原子核，便可製造出放射性同位素，這個過程稱為嬗變(transmutation)。嬗變第26頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用3 人工放射性同位素的應(yīng)用醫(yī)療放射療法(

)示蹤物(，數(shù)日)消毒(

)（相片提供：PrinceofWalesHospital/Dept.ofClinicalOncology）（相片提供：UKAEA）第27頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用3 人工放射性同位素的應(yīng)用工業(yè)厚度計(jì)(，>103年)煙霧探測器（火警警報）(，102年)作為示蹤物檢查水道系統(tǒng)的泄漏情況(，數(shù)小時)（相片提供：UKAEA）第28頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用3 人工放射性同位素的應(yīng)用農(nóng)業(yè)作為示蹤物追蹤植物吸收肥料的情況(，數(shù)日)碳-14年代測定法*使用天然的放射性同位素(

，103

年)考古學(xué)第29頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用3 人工放射性同位素的應(yīng)用厚度計(jì)問題?例題5第30頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用進(jìn)度評估2(1-2)

一個放射源的衰變曲線……3

碘-131的半衰期是8天……4

某放射源的放射強(qiáng)度開始時……第31頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用(Q1-2)一個放射源的衰變曲線……

A 20Bq B 30Bq C 50Bq D 80Bq1

本底輻射是多少？第32頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用(Q1-2)一個放射源的衰變曲線……2

為甚麼數(shù)據(jù)不是落在曲線上？A

讀取輻射數(shù)據(jù)的誤差很大。B

放射源的衰變是隨機(jī)的。C

這是由於本底輻射的原因。D

要加密讀取數(shù)據(jù)的次數(shù)。第33頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用Q3 碘-131的半衰期是8天……碘-131的半衰期是8天?，F(xiàn)有16g的碘樣本，在24天內(nèi)有多少碘會衰變掉？每經(jīng)過8天，______________的碘有_____________會衰變掉。未衰變一半第34頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用Q3 碘-131的半衰期是8天……開始8天後16天後24天後16g未衰變的碘_____克未衰變的碘_____克衰變產(chǎn)物_____克未衰變的碘_____克衰變產(chǎn)物_____克未衰變的碘_____克衰變產(chǎn)物所以，在24天內(nèi)有_________的碘衰變掉。14g88124142第35頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用Q4 某放射源的放射強(qiáng)度開始時……某放射源的放射強(qiáng)度開始時為600Bq（本底輻射修正後）。經(jīng)過40小時後，放射強(qiáng)度跌至150Bq。該放射源的半衰期是多少？40小時內(nèi)：

600Bq

150Bq第36頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用因此，40小時等於_____個半衰期，而一個半衰期為_________。Q4 某放射源的放射強(qiáng)度開始時……設(shè)n

為放射源所經(jīng)過的半衰期數(shù)目。由於該放射源的放射強(qiáng)度在一個半衰期後會____，

(40小時後的放射強(qiáng)度)/(開始時的放射強(qiáng)度)=(1/2)n()/()=(1/2)n

n

=____40小時內(nèi)：

600Bq

150Bq減半1506002220小時第37頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用完結(jié)第38頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用例題1鐳-226的

衰變鐳-226（原子序數(shù)88）衰變，放出

粒子。試說出子核的名稱，並寫下衰變的方程式。第39頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用例題1鐳-226的

衰變設(shè)為子核的核素。那麼

衰變的方程式可以寫成：ZXAAZRa22688X+He42226=A+488=Z+2A=222Z=86及22286Ra22688Rn+He42

X

應(yīng)是氡-222根據(jù)週期表第40頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用返回第41頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用例題2釷-232的衰變系89釷-232的衰變系：(a) 衰變系中每一步放出了甚麼粒子？Th23290Ra22888Ac22890Th228…8788899091224220228232236ThThAcRaAZ第42頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用例題2釷-232的衰變系當(dāng)母核放出

粒子子核的質(zhì)量數(shù)比母核少

4，原子序數(shù)則少2。當(dāng)母核放出

粒子子核的質(zhì)量數(shù)便保持不變，但原子序數(shù)則加

1。因此，89Th23290Ra22888Ac22890Th228…

第43頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用例題2釷-232的衰變系89(b) 如果這個衰變系以鉛-208這種穩(wěn)定的核素結(jié)束，整個系列一共放出多少

粒子？Th23290Ra22888Ac22890Th228…

輻射並不會影響質(zhì)量數(shù)

所放射出的

粒子的數(shù)量=(232208)4=6第44頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用返回第45頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用例題3鈉-24的放射強(qiáng)度鈉-24的半衰期為15小時。一個鈉-24樣本的放射強(qiáng)度是800Bq（每秒的蛻變800次）。經(jīng)過2.5天後，它的放射強(qiáng)度是多少？第46頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用例題3鈉-24的放射強(qiáng)度每經(jīng)過15小時，鈉-24的放射強(qiáng)度就減半。122天=60小時=415小時（即4半衰期）800Bq15小時400Bq15小時200Bq15小時100Bq15小時50Bq2.5天後，樣本的放射強(qiáng)度減弱到50Bq。第47頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用例題3鈉-24的放射強(qiáng)度每經(jīng)過15小時，鈉-24的放射強(qiáng)度就減半。122天=60小時=4

15小時60小時後的放射強(qiáng)度

=800()412另解：=50Bq=800/16

24=16第48頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用返回第49頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用例題4找出放射性樣本的半衰期用蓋革—彌勒計(jì)數(shù)器來量度某放射性樣本在一段時間內(nèi)的放射強(qiáng)度。每分鐘次數(shù)400300200100012345678時間／小時(a)為甚麼在一段時間後該線圖趨於水平，而不是下跌至零？(b)由關(guān)係線圖估計(jì)該放射性樣本的半衰期。第50頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用每分鐘次數(shù)400300200100012345678時間／小時例題4找出放射性樣本的半衰期(a)線圖趨於水平是因?yàn)闃颖镜姆派鋸?qiáng)度下跌至接近零。

蓋革—彌勒計(jì)數(shù)器所探測到的是本底輻射。第51頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月19.2放射衰變與放射性同位素的應(yīng)用每分鐘次數(shù)400300200