第十四章原子核.docx

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1、第十四章原子核在基础型课程中我们已经知道，某些元素具有天然放射性；原子由原子核和核外电子组成；原子核由质子和中子组成，以及核裂变能产生巨大的核能。本章我们将重点讨论原子核的天然衰变和人工转变的规律；了解什么是原子核的结合能，核能是怎样释放的，核聚变产生的能量及其开发利用的前景。第十四章A放射性元素的衰变据历史记载古蜀立国距今约3000年。1986年在四川广汉三星堆大批精湛文物出土，祭坛、城阙等遗址重见天日，美仑美奂，可与世界上任何重大考古成果相媲美。考古学家用碳-14鉴年法对这些文物和一起出土的古木测定后发现，古蜀立国距今48002800年，从而将巴蜀文化推早了近2000年。三星堆出土的青铜纵

2、目面具图14-1碳-14是碳-12的一种有放射性的同位素，人们利用它的衰变规律来测定古生物死亡至今的年代。那么，放射性元素究竟有怎样的衰变规律呢？一、电荷数和质量数在讨论原子核衰变规律之前，先学习一下怎样表示原子核。原子核是由质子和中子组成的。原子核的符号AZX跟质子数、中子数有什么关系呢？我们知道，质子是带正电荷的，每个质子带1个元电荷的电荷量，如果某原子核中有Z个质子，那么它就有Z个元电荷的电荷量。因此，原子核符号中左下角的Z就是这个核的电荷数，即用元电荷的倍数表示的电荷量，例如，铀核有92个质子，所以铀核的电荷数为92,即Z=92。I元素符号电荷数（即质子数或原子序数）238个核子（质子

3、92个,中子146个）（92个质子）质量数（中子和质子数之和）图14-2左上角A表示原子核的质量数。人们规定以原子量为12的碳原子质量的上作为1个原子质量单位，用符号U来表示，Iu=1.66056510o大家谈原子核符号AZX中的X、A、Z各表示什么？用上述单位表示各原子质量，如碳核的质量是12.000OOOu,质量数是12；氮核的质量是4.002603u,质量数是4；铀（U）核的质量是237.949214u,质量数是238（由于各原子核的质量都接近于一个整数，习惯上用一个整数表示，这个整数叫质量数）。质量数实际上是原子核的中子质量数和质子质量数之和（中子质量与质子质量都接近于Iu,所以质量数

4、都取1）o常用的粒子符号有：42H-粒子3e电子（粒子）,H一一质子（有时也写作1P）Ion一中子二、衰变在基础型课程中已经学过物质的放射性。我们知道,放射性物质放出的三种射线的本质：射线是氧原子核组成的高速粒子流，P射线是高速电子流，y射线是光子流（波长很短的电磁波）。原子核放出射线后变成了新的原子核，我们把原子核的这种变化叫做原子核的衰变。原子核自发放出粒子的衰变叫做a衰变“由于放射性原子核azX发生一次a衰变后，少了一个a粒子（42He）,因此质量数减少4,电荷数减少2,变成了新核Y。我们可以写出衰变方程来表示衰变前后变化的情况：AZXTA4z2Y+42He.例如23892U（铀核）发生

5、a衰变后，核的质量数减少4,电荷数减少2,变成的新核就是社234核，写成衰变方程如下：23892U23490Th+42Heo在上述衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，自主活动试完成下列衰变方程:（1）22688Ra+42He（2）206Pb+42He原子核自发放出P粒子的衰变叫做P衰变例如23%h（h）发生P衰变后，核的质量数不变，因为电子的质量非常小，仅为质子的册，可以略去不计，电荷数为一1，变成的新核是锲-234核，写成衰变方程如下：2349oTh2349Pa+0.eo这个方程的两边质量数和

6、电荷数也是守恒的。放射性元素的原子核在发生衰变或P衰变生成新原子核时，常常使原子核处在高能量状态，当它从高能量状态转化为低能态时就会辐射光子，因此a衰变、P衰变往往会同时伴随辐射。大家谈放射性元素经过一次a衰变，或一次衰变后生成新元素，它在元素周期表中位置的移动有什么规律？点击原子核内有中子和质子，a粒子由2个中子、2个质子组成，因此原子核放出a射线非常容易理解，但原子核内没有电子，怎么会发射P粒子呢？这是由于原子核里的中子可以转化为质子和电子，每发射一个P粒子，就有一个中子转化为一个质子。三、半衰期每一种放射性元素的每一个核的自发放射性虽有一定的偶然性，但研究发现大量的核衰变的快慢有一定的规

7、律。人们用22286Rn（氯核）的a衰变做实验，发现大约每经过3.8天，就有一半的氢核发生了衰变，再经过3.8天，氨的数量减少到原来的！o图14-3就是氯核相对含量对时间的变化图象，它是按指数规律衰减的。我们用半衰期来表示放射性元素衰变的快慢，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，不同放射性元素的半衰期不同，有的差别极大，下面是一些元素的衰变类型和半衰期。放射性元素衰变类型半衰期放射性元素衰变类型半衰期3iH（僦）12.33年627C（钻）。，丫5.27年,46c（碳）5730年22R（氢）a,3.8天32I5P（磷）14.3天236%Ra（镭）a,1600年3817。（氯）37.3分23592U（铀）a,7X108年拓展联想在已知半衰期T和放射性元素原来核数量M）的情况下，求经过/时间还余下多少数量的核，可以用下式计算：N=No；2T放射性元素的衰变快慢是由核内部的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。一种放射性元素无论它是以单质形态还是以化合物形态存在，是否对它加压、加温或其他任何处理方式,一般情况下不能改变它的半衰期。因为上述方法都不会对原子核本身产生作用，这正是放射性元素可作为示踪原子的依据，也是核污染较难消除的原因之一。