放射性元素的衰變核能課件

第二單元放射性元素的衰變核能第二單元放射性元素的衰變核能1．天然放射現(xiàn)象：某些元素

放射某些射線的現(xiàn)象稱為天然放射現(xiàn)象，這些元素稱 ．2．三種射線的本質(zhì)：α射線是

，β射線是

，γ射線是 ．自發(fā)地放射性元素氦核流電子流電磁波自發(fā)地放射性元素氦核流電子流電磁波1．定義：原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

的變化叫原子核的 ．2．分類新核衰變新核衰變3．半衰期(1)定義：放射性元素的原子核

發(fā)生衰變需要的時間．(2)半衰期的大小由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的

(如壓強(qiáng)、溫度等)或

(如單質(zhì)或化合物)無關(guān)．有半數(shù)物理狀態(tài)化學(xué)狀態(tài)3．半衰期有半數(shù)物理狀態(tài)化學(xué)狀態(tài)4．放射性同位素及應(yīng)用(1)同位素有些原子的原子核電荷數(shù)

，但質(zhì)量數(shù)

，這樣一些具有相同核電荷數(shù)和不同中子數(shù)的原子互稱為同一位素．(2)放射性同位素的應(yīng)用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．相同不同4．放射性同位素及應(yīng)用相同不同1．核反應(yīng)：在核物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新

的過程．2．原子核的人工轉(zhuǎn)變：用

轟擊靶核，產(chǎn)生另一種

的方法．如應(yīng)用原子核的人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)的核反應(yīng)如下：原子核高能粒子新核原子核高能粒子新核(1)1919年盧瑟福用

轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧的同位素，第一次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，其核α粒子(1)1919年盧瑟福用 轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧的同位素，1．核力：

之間的相互作用力叫核力，它是短程力．2．核能：由于原子核間存在核力，所以核子結(jié)合成原子核或原子核

為核子時均伴隨著巨大的能量變化，這種能量稱為核能．3．質(zhì)能方程：

核子分裂E＝mc2(ΔE＝Δmc2)核子分裂E＝mc2(ΔE＝Δmc2)4．質(zhì)量虧損總是發(fā)生在系統(tǒng)向外輻射能量的情況下，系統(tǒng)能量減少了，質(zhì)量自然也就減少了．當(dāng)系統(tǒng)的質(zhì)量減少Δm時，系統(tǒng)的能量就減少了ΔE，減少的能量向外輻射出去了．減少的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為光子的質(zhì)量，減少的能量轉(zhuǎn)化為光子的能量．雖然光子的靜止質(zhì)量為零，但在光子的輻射過程中，具有能量E＝hν，所以運(yùn)動的光子具有一定的質(zhì)量．光子運(yùn)動的速度始終為c，E＝hν＝mc2，所以當(dāng)一個光子的頻率為ν時，它的質(zhì)量為m＝.4．質(zhì)量虧損總是發(fā)生在系統(tǒng)向外輻射能量的情況下，系統(tǒng)能量減少2．輕核的聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程，同時釋放出大量的核能．要想使氘核和氚核結(jié)合成氦核，必須達(dá)到

的高溫，因此聚變反應(yīng)又叫

反應(yīng)．如：幾百萬度以上熱核2．輕核的聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程，同時釋3．裂變反應(yīng)堆：又稱核反應(yīng)堆，簡稱反應(yīng)堆．反應(yīng)堆主要由以下幾部分組成：①

；②

；③

；④

；⑤

．核燃料減速劑控制棒冷卻劑反射層3．裂變反應(yīng)堆：又稱核反應(yīng)堆，簡稱反應(yīng)堆．反應(yīng)堆主要由以下幾放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件1．α衰變和β衰變的比較1．α衰變和β衰變的比較放射性元素的衰變核能課件由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個二元一次方程組．有了這個方程組，確定衰變次數(shù)就十分方便．實際確定方法是：根據(jù)β衰變不改變質(zhì)量數(shù)，首先由質(zhì)量數(shù)改變確定α衰變次數(shù)，然后根據(jù)核電荷數(shù)守恒確定β衰變次數(shù)．(2)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接．(3)核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程．由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個二元一次方程組．有了這個(4)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒．(4)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒

說明：半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)(如壓強(qiáng)、溫度等)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)或化合物)無關(guān)．說明：半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本3．γ衰變：γ衰變是伴隨著α衰變或β衰變同時發(fā)生的，γ衰變不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)．其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變過程中，產(chǎn)生的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

3．γ衰變：γ衰變是伴隨著α衰變或β衰變同時發(fā)生的，γ衰變不4．核反應(yīng)四種類型比較4．核反應(yīng)四種類型比較放射性元素的衰變核能課件核能的計算方法：1．根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損(Δm)的千克數(shù)乘以真空中光速(c＝3×108m/s)的平方即ΔE＝Δmc2①2．根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5兆電子伏(MeV)能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV②放射性元素的衰變核能課件注意：①式中Δm的單位是千克(kg)，ΔE的單位是焦耳(J)．②式中Δm的單位是指原子質(zhì)量單位u，(1u＝1.660566×10－27kg)，ΔE的單位是兆電子伏(MeV)．③能的轉(zhuǎn)化和守恒定律．注意：①式中Δm的單位是千克(kg)，ΔE的單位是焦耳(J)3．核反應(yīng)中釋放的核能，在無光子輻射的情況下，將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能．因此在此情況下可應(yīng)用動量守恒定律和能量守恒及轉(zhuǎn)化定律來計算核能．3．核反應(yīng)中釋放的核能，在無光子輻射的情況下，將轉(zhuǎn)化為生成的【例1】(1)關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法正確的有 (

)A．是原子核質(zhì)量減少一半所需的時間B．是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間C．把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢放射性元素的半衰期D．可以用來測定地質(zhì)年代、生物年代等放射性元素的衰變核能課件(2)設(shè)鐳226的半衰期為1.6×103年，質(zhì)量為100g的鐳226經(jīng)過4.8×103年后，有多少克鐳發(fā)生衰變？若衰變后的鐳變?yōu)殂U206，則此時鐳鉛質(zhì)量之比為多少？(2)設(shè)鐳226的半衰期為1.6×103年，質(zhì)量為100g答案：(1)BD

(2)87.5g

125∶798答案：(1)BD(2)87.5g125∶798放射性元素的衰變核能課件?變式1：為測定水庫的容量，將一瓶含有放射性同位素的溶液倒入水庫中，已知這瓶溶液每分鐘衰變5.12×108次，這種同位素的半衰期為24小時，5天以后從水庫中取出1m3的水，并測得它每分鐘衰變10次，試求水庫的容量．解析：可認(rèn)為5天后放射性同位素均勻分布于水庫中，5天后，水庫的水中放射性同位素每分鐘衰變的總次為N＝

?變式1：為測定水庫的容量，將一瓶含有放射性同位素的溶液倒入答案：1.6×106m3答案：1.6×106m3【例2】(2009年山東卷)歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動能為0.5MeV的質(zhì)子H轟擊靜止的X，生成兩個動能均為8.9MeV的He.(1MeV＝1.6×10－13J)①上述核反應(yīng)方程為________．②質(zhì)量虧損為________kg.放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件高分通道①質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量的消失，并不與質(zhì)量守恒定律矛盾，而是虧損的質(zhì)量以能量的形式輻射出去了．②在核能問題的計算中，c的單位取國際單位中的單位，此時若Δm單位為千克，能量單位為焦耳．如Δm的單位為u時，記住1u相當(dāng)于931.5MeV的能量關(guān)系．高分通道放射性元素的衰變核能課件分析：根據(jù)問題，合理選擇求核能的方法，求解時注意各量．解析：核反應(yīng)前的總質(zhì)量：m1＝(235.0439＋1.0087)u＝236.0526u核反應(yīng)后的總質(zhì)量：m2＝(138.9178＋93.9154＋3×1.0087)u＝235.8593u質(zhì)量虧損Δm＝m1－m2＝0.1933u因為1u―→931.5MeV所以ΔE＝0.1933×931.5MeV＝1.8×102MeV.答案：1.8×102分析：根據(jù)問題，合理選擇求核能的方法，求解時注意各量．【例3】天文學(xué)家測得銀河系中氦的含量約為25%，有關(guān)研究表明，宇宙中氦生成的途徑有兩條：一是在宇宙誕生后二分鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，由恒星內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng)生成的．(1)把氫核聚變反應(yīng)簡化為4個氫核(H)聚變成氦核(He)，同時放出2個正電子(e)和2個中微子(ve)，請寫出該氫核聚變反應(yīng)的方程，并計算一次反應(yīng)釋放的能量．

放射性元素的衰變核能課件(2)研究表明，銀河系的年齡約為t＝3.8×1017s，每秒鐘銀河系產(chǎn)生的能量約為1×1037J(即P＝1×1037J/s)．現(xiàn)假定該能量全部來自上述氫核聚變反應(yīng)，試估算銀河系中氦的含量(最后結(jié)果保留一位有效數(shù)字)．(3)根據(jù)你的估算結(jié)果，對銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷．(可能用到的數(shù)據(jù)：銀河系質(zhì)量約為M＝3×1041kg，原子質(zhì)量單位1u＝1.66×10－27kg,1u相當(dāng)于1.5×10－10J的能量，電子質(zhì)量m＝0.0005u，氦核質(zhì)量mα＝4.0026u，氫核質(zhì)量mp＝1.0078u，中微子ve質(zhì)量為零)(2)研究表明，銀河系的年齡約為t＝3.8×1017s，每放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件高分通道題目涉及了許多新的知識，解此類信息題必須將題目提供的規(guī)律和物理基礎(chǔ)知識，與已有的知識相結(jié)合并遷移到要回答的問題中，再列方程求解．放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件【例4】原來靜止的鈾U和釷234同時在同一勻強(qiáng)磁場中，由于衰變而開始做勻速圓周運(yùn)動．鈾238發(fā)生了一次α衰變，釷234發(fā)生了一次β衰變．(1)試畫出鈾238發(fā)生一次α衰變時所產(chǎn)生的新核及α粒子在磁場中運(yùn)動軌跡的示意圖．(2)試畫出釷234發(fā)生一次β衰變時所產(chǎn)生的新核及β粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡的示意圖．放射性元素的衰變核能課件解析：(1)鈾238發(fā)生衰變時，由于放出α粒子而產(chǎn)生了新核，根據(jù)動量守恒定律，它們的總動量為零，即：m1v1－m2v2＝0因為它們都帶正電，衰變后的速度正好相反，所以，受到的洛倫茲力方向也相反，因而決定了它們做圓周運(yùn)動的軌跡圓是外切的．它們做勻速圓周運(yùn)動的向心力由洛倫茲力提供．

放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件(2)同理，釷234發(fā)生一次β衰變放出的β粒子與產(chǎn)生的新核的動量大小相等，方向相反，即總動量為零．可是，β粒子帶負(fù)電，新核帶正電，它們衰變后的速度方向相反，但受的洛倫茲力方向相同，所以，它們的兩個軌跡圓是內(nèi)切的，且β粒子的軌道半徑大于新核的軌道半徑，它們的軌跡示意圖如圖2所示，其中，c為β粒子的徑跡，d為新核的徑跡．答案：(1)如圖1所示．(2)如圖2所示．(2)同理，釷234發(fā)生一次β衰變放出的β粒子與產(chǎn)生的新核的高分通道孤立的原子核在衰變時遵從動量守恒．由于原子核衰變后都帶電，故在勻強(qiáng)磁場中都可做勻速圓周運(yùn)動．而衰變產(chǎn)生的新核和粒子運(yùn)動方向相反，所以如果是α衰變，則衰變瞬間新核和α粒子受洛倫茲力的方向相反，形成的兩個軌跡圓外切；而β衰變新核的軌跡圓與β粒子的軌跡圓內(nèi)切．高分通道?變式4：云室處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一靜止的質(zhì)量為M的原子核在云室中發(fā)生一次α衰變，α粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，其運(yùn)動軌跡在與磁場垂直的平面內(nèi)．現(xiàn)測得α粒子運(yùn)動的軌道半徑為R，試求在衰變過程中的質(zhì)量虧損．(涉及動量問題時，虧損的質(zhì)量可以不計)?變式4：云室處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一靜止的質(zhì)量為放射性元素的衰變核能課件放射性元素的衰變核能課件1．(2009年上海卷)放射性元素衰變時放出的三種射線，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是 (

)A．α射線，β射線，γ射線B．γ射線，β射線，α射線C．γ射線，α射線，β射線D．β射線，α射線，γ射線放射性元素的衰變核能課件解析：由放射性元素衰變時產(chǎn)生的α射線、β射線、γ射線的電離及穿透性質(zhì)可知B正確．答案：B解析：由放射性元素衰變時產(chǎn)生的α射線、β射線、γ射線的電離及2．(2009年天津卷)下列說法正確的是(

)2．(2009年天津卷)下列說法正確的是(解析：核反應(yīng)類型分四種，核反應(yīng)的方程特點(diǎn)各有不同，衰變方程的左邊只有一個原子核，右邊出現(xiàn)α或β粒子．聚變方程的左邊是兩個輕核反應(yīng)，右邊是中等原子核．裂變方程的左邊是重核與中子反應(yīng)，右邊是中等原子核．人工核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反應(yīng)，右邊也是常見元素的原子核，由此可知B、D兩選項正確．答案：BD解析：核反應(yīng)類型分四種，核反應(yīng)的方程特點(diǎn)各有不同，衰變方程的3．(2009年北京卷)下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是

(

)A．α粒子散射現(xiàn)象 B．天然放射現(xiàn)象C．光電效應(yīng)現(xiàn)象 D．原子發(fā)光現(xiàn)象解析：天然放射現(xiàn)象是放射性物質(zhì)的原子