放射性元素的衰變核反應(yīng)核能光電效應(yīng)

關(guān)于放射性元素的衰變核反應(yīng)核能光電效應(yīng)一、天然放射性現(xiàn)象1．放射性現(xiàn)象：

像這樣物質(zhì)自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象叫天然放射現(xiàn)象。物質(zhì)的這種性質(zhì)叫天然放射性，具有放射性的元素，叫放射性元素。

人們發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)大于84的所有天然存在的元素都有放射性，原子序數(shù)小于84的天然存在的元素有些也具有放射性，它們放射出來的射線共有三種：α射線、β射線、γ射線．1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾U和含鈾的礦物能發(fā)射某種看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照像底片感光。第2頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、三種射線的本質(zhì)和特性1.α射線：速度約為光速1／10的氦核流，貫穿作用很弱，電離作用很強(qiáng)．

2.β射線：速度約為光速0.99的電子流，貫穿作用很強(qiáng)，電離作用較弱．

3.γ射線：波長極短的電磁波，貫穿作用最強(qiáng)，電離作用最弱．種類本質(zhì)電荷(e)速度(C)電離性貫穿性α射線氦核+20.1最強(qiáng)最弱，紙能擋住β射線電子-10.99較強(qiáng)較強(qiáng)，穿幾mm鋁板γ射線光子01最弱最強(qiáng)，穿幾cm鉛版第3頁,共33頁，2024年2月25日，星期天3.研究放射線的方法：(1)在磁場中偏轉(zhuǎn)第4頁,共33頁，2024年2月25日，星期天(2)在電場中偏轉(zhuǎn)3.研究放射線的方法：

設(shè)α與β沿初速度方向前進(jìn)相同的距離L，兩者在電場方向上偏轉(zhuǎn)的距離之比：第5頁,共33頁，2024年2月25日，星期天例1：將α、β、γ三種射線分別射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，圖中表示射線偏轉(zhuǎn)情況中正確的是(

)AD第6頁,共33頁，2024年2月25日，星期天二、原子核的衰變規(guī)律（1）α衰變的一般方程為

每發(fā)生一次α衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數(shù)減小2，質(zhì)量數(shù)減少4．原子核內(nèi)兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合比較緊密，有時作為一個整體從較大的原子核中拋射出來。（2）β衰變的一般方程為

每發(fā)生一次β衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變．β衰變的實(shí)質(zhì)是元素的原子核內(nèi)的一個中子變成質(zhì)子時放射出一個電子．

伴隨α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的、γ射線不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)．（3）γ射線

實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量（核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出光子．第7頁,共33頁，2024年2月25日，星期天注意：

一種元素只能發(fā)生一種衰變，但在一塊放射性物質(zhì)中可以同時放出α、β和γ三種射線。第8頁,共33頁，2024年2月25日，星期天②每一種放射性元素都有一定的半衰期,不同的放射性元素,半衰期不同.

如果用M0表示原來的原子質(zhì)量,Mt表示t時刻還未衰變的質(zhì)量,T表示半衰期,那么(4)半衰期（統(tǒng)計規(guī)律）①是放射性元素的大量原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間③放射性元素半衰期的長短是由原子核的內(nèi)部因素決定的,它不受外部因素的影響.例如溫度、物態(tài)、化學(xué)結(jié)構(gòu)等,都不能改變它的半衰期.④衰變公式第9頁,共33頁，2024年2月25日，星期天【例2】（釷）經(jīng)過一系列α和β衰變，變成（鉛），下列說法正確的是（）A．鉛核比釷核少8個質(zhì)子B．鉛核比釷核少16個中子C．共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D．共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變ABD【例3】鈾（）經(jīng)過α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛（問在這一變化過程中，共有多少中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子（）A．6；B．14；C．22；D．32

）A

【例4】若元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天,則相同質(zhì)量的A和B，經(jīng)過20天后，剩下的質(zhì)量之比，即mA

：mB

是()A、30∶31B、31∶30C、1∶2D、2∶1C第10頁,共33頁，2024年2月25日，星期天【例5】如圖所示，兩個相切的圓表示一個靜止原子核發(fā)生某種核變化后，產(chǎn)生的兩種運(yùn)動粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動軌跡，可能的是（）A.原子核發(fā)生了α衰變；B．原子核發(fā)生了β衰變C.原子核放出了一個正電子；D.原子核放出了一個中子；

由于一般新核帶電量和質(zhì)量均大于放出的粒子電量和質(zhì)量,則由圓周運(yùn)動規(guī)律可知大圓為粒子軌跡,小圓為新核軌跡.ACα衰變外切，β衰變內(nèi)切第11頁,共33頁，2024年2月25日，星期天【例6】

靜止的氡核放出α粒子后變成釙核α粒子動能為Eα。若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和α粒子的動能，真空中的光速為c，則該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為B.0C正確第12頁,共33頁，2024年2月25日，星期天三、核反應(yīng)2、查德威克α射線粒子轟擊鈹原子核實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了中子定義：原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生新核的過程叫核反應(yīng)1、1919年盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，第一次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子核反應(yīng)是原子核的變化，化學(xué)反應(yīng)是核外電子的變化在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒第13頁,共33頁，2024年2月25日，星期天4.注意：在人工轉(zhuǎn)變中，用某高速粒子去轟擊某原子核后，原子核發(fā)射出粒子和射線并轉(zhuǎn)變成新的原子核的過程中，不可認(rèn)為是高速粒子從原子核中打出了粒子.(1)

放射性同位素的發(fā)現(xiàn)（1934年，約里奧·居里夫婦）

具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核,在元素周期表中處于同一位置,互稱同位素.有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素.天然放射性同位素不過四十多種,而人工制造的放射性同位素已達(dá)1000多種.3.同位素①放射性同位素放出的射線應(yīng)用于工業(yè)、探傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等

(2)放射性同位素的應(yīng)用

②作示蹤原子第14頁,共33頁，2024年2月25日，星期天四、核能

核子間作用力.短程強(qiáng)引力，只在相鄰的核子間發(fā)生作用，與核子的電性無關(guān).1.核力2、結(jié)合能

由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化．

可見，當(dāng)核子結(jié)合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量．這個能量叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能．第15頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

原子核越大，自然它的結(jié)合能越高。因此，有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。比結(jié)合能中等大小的核的比結(jié)合能最大（平均每個核子的質(zhì)量虧損最大），這些核最穩(wěn)定。有些重核分裂成中等質(zhì)量的核放出能量有些輕核結(jié)合成中等質(zhì)量的核釋放能量獲得核能的兩個基本途徑是重核裂變和輕核聚變第16頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

凡具有質(zhì)量的物體都具有能量，物體的質(zhì)量和能量間的關(guān)系為：E=mc2；若原子核質(zhì)量虧損為△m，對應(yīng)釋放的能量為△E=△mc2.

3.質(zhì)量虧損

組成原子核的核子與原子核的質(zhì)量之差叫做質(zhì)量虧損；需說明的是任何一個原子核的質(zhì)量總是小于組成它的所有核子的質(zhì)量和.4.愛因斯坦質(zhì)能方程

第一..核反應(yīng)過程中:核子結(jié)合成原子核時,新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量(質(zhì)量虧損),同時以光子形式釋放核能有關(guān)問題的理解和注意事項(xiàng)

原子核分解為核子時,需要吸收一定能量,核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)第17頁,共33頁，2024年2月25日，星期天第三.質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失,而是減少的質(zhì)量m以能量形式輻射(動質(zhì)量),因此質(zhì)量守恒定律不被破壞.第四.公式ΔE=Δm·c2

的單位問題

m用“u(原子質(zhì)量單位)”1u=1.660566×10-27kg

ΔE用“uc2”1uc2=931MeV(表示1u的質(zhì)量變化相當(dāng)于931MeV的能量改變)第二.核反應(yīng)過程中,質(zhì)量虧損時,核子個數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒),可理解為組成原子核后,核內(nèi)每個核子仿佛“瘦了”一些第五.核反應(yīng)中釋放或吸收的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放或吸收的能量大好幾個數(shù)量級兩者相差數(shù)十萬倍.

第18頁,共33頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共33頁，2024年2月25日，星期天核反應(yīng)中的能量核反應(yīng)吸收能量放出能量核子結(jié)合成原子核有些重核分裂成中等質(zhì)量的核有些輕核結(jié)合成中等質(zhì)量的核第20頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：重核裂變時放出幾個中子，再引起其他重核裂變而使裂變反應(yīng)不斷進(jìn)行下去（原子彈原理）.五、重核的裂變1、定義：重核俘獲一個中子后分裂為幾個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程叫重核的裂變1938年12月，德國物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)，用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生了裂變。鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，一種典型的反映是裂變?yōu)殇^和氪，同時放出三個中子，其核反應(yīng)方程是：鈾核的裂變+→++第21頁,共33頁，2024年2月25日，星期天裂變前的質(zhì)量：裂變后的：鈾核的裂變釋放出的能量為第22頁,共33頁，2024年2月25日，星期天(1)裂變過程中能放出巨大的能量裂變特點(diǎn)：

(2)裂變的產(chǎn)物不是唯一的．(3)裂變的同時能放出2～3個(或更多個)中子．

1kg鈾全部裂變，它放出的能量相當(dāng)于2800t優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時釋放的能量．

鈾核裂變時，同時釋放出2～3個中子，如果這些中子再引起其他鈾235核裂變，就可使裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去，這種反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)第23頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量。3、臨界體積

原子彈的材料一般為鈾-235或钚-239。有中子反射的球形鈾-235臨界點(diǎn)為15公斤左右，钚-239則為10公斤左右。第24頁,共33頁，2024年2月25日，星期天核能的和平利用——解決能源危機(jī)根本途徑4、核電站（1）核心部件(核)反應(yīng)堆：

(nuclear)reactor

人類第一座核反應(yīng)堆：CP-1的“尊容”

用人式方法控制核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度并獲得核能的裝置。第25頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（2）反應(yīng)堆的組成：核燃料棒、減速劑、控制棒、冷卻系統(tǒng)、防護(hù)層等。反應(yīng)堆核燃料棒：核心設(shè)施。濃縮鈾制成的鈾棒減速劑：石墨、重水或普通水，用于減小中子的速度控制棒：鎘，用于吸收中子，控制核反應(yīng)的快慢。3%-4%的濃縮鈾第26頁,共33頁，2024年2月25日，星期天六、輕核聚變輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核叫聚變。輕核聚變的核反應(yīng)方程

使核發(fā)生聚變；必須使它們接邁到10-15米，也就是接近到核力能夠發(fā)生做用的范圍。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服電荷之間的很大斥力作用，這就要使核具有很大的動能。只有在幾百萬度的高溫以上，原子核才有足夠的動能克服相互間的庫侖斥力，在碰撞中接近到可以發(fā)生聚變的程度。所以這種輕