最后更新: 2026-04-22 15:13 查看: 370 次纠错评论(0) 课件开VIP

练习：放射性元素的衰变与半衰期

## 原子核的衰变
放射性元素的原子核放出某种粒子而转变成新核的过程叫做**原子核的衰变**（radioactive decay）。

在物理学中，用符号 ${ }_Z^A \mathrm{X}$ 来表示某种元素的原子核。其中 X 为元素符号，$A$ 表示原子核的质量数，$Z$ 表示原子核的核电荷数，也就是原子序数。

原子核发生衰变的过程可以用核反应方程来表示，**衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒的规律**。原子核放出 $\alpha$ 粒子的衰变过程称为 $\alpha$ 衰变。许多重元素原子核的衰变是从 $\alpha$衰变开始的，$\alpha$ 衰变的过程可以表示为

$$
{ }_Z^A \mathrm{X} \rightarrow{ }_{Z-2}^{A-4} \mathrm{Y}+{ }_2^4 \mathrm{He}
$$

原子核放出 $\beta$ 粒子的衰变过程称为 $\beta$ 衰变，$\beta$ 衰变的过程可以表示为＊

$$
{ }_Z^A \mathrm{X} \rightarrow{ }_{Z+1}^A \mathrm{Y}+{ }_{-1}^0 \mathrm{e}
$$

＊发生 $\beta$ 衰变时，除了产生电子 ${ }_{-1}^0 \mathrm{e}$ 外，还产生反电子中微子 $D_e$ 。

### 原子核的衰变图解

原子核自发地放出 $\alpha$ 粒子或 $\beta$ 粒子, 由于核电荷数变了, 它在元素周期表中的位置就变了, 变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变 (decay)。

铀 238 放出一个 $\alpha$ 粒子后, 质量数减少 4 , 电荷数减少 2 , 成为新核。这个新核就是针 234 (图 5.2-1)。
![图片](/uploads/2024-01/image_202401093c65b70.png)
这种衰变过程叫作α衰变。这个过程可以用下面的衰 变方程表示

$$
{ }_{92}^{238} \mathrm{U} \longrightarrow{ }_{90}^{234} \mathrm{Th}+{ }_2^4 \mathrm{He}
$$

在这个衰变过程中, 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。

${ }_{92}^{238} \mathrm{U}$ 在 $\alpha$ 衰变时产生的 ${ }_{90}^{234} \mathrm{Th}$ （钍） 也具有放射性, 它能放出一个 $\beta$ 粒子而变为 ${ }_{91}^{234} \mathrm{~Pa}$ (镤) ( 图 5.2-2)。
![图片](/uploads/2024-01/image_20240109fbd61cd.png)
由于电子的质量比核子的质量小得多, 因此, 我们可以认为电子的质量数为 0 、电荷数为 -1 , 可以把电子表示为 ${ }_{-}^0 \mathrm{e}$ 。这样, 原子核放出一个电子后, 因为其衰变前后电荷数和质量数都守恒, 新核的质量数不会改变但其电荷数应当加 1 。其衰变方程为

$$
{ }_{90}^{234} \mathrm{Th} \longrightarrow{ }_{91}^{234} \mathrm{~Pa}+{ }_{-1}^0 \mathrm{e}
$$

放出 $\beta$ 粒子的衰变叫作 $\beta$ 衰变。

## 放射性元素的半衰期

原子核的衰变是一个随机的过程。然而，大量放射性元素原子核在一定时间内发生衰变的比例却是符合统计规律的。

放射性元素原子核的数目由于衰变减少至原来一半所经过的时间称为半衰期（half－ life）。每种放射性元素都有确定的半衰期，半衰期与放射性元素处于何种物态、是单质还是化合物都没有关系。不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别很大。例如，${ }^{238}{ }_{92} \mathrm{U}$ 的半衰期是 $4.5 \times 10^9$ 年，${ }^{30}{ }_{15} \mathrm{P}$ 的半衰期是 2.5 min ，而人造的放射性元素（ ${ }^{268}{ }_{109} \mathrm{Mt}$ ）的半衰期只有约 $2 \times 10^{-4} \mathrm{~s}$ 。

## 总结

![图片](/uploads/2025-10/2fdd3a.jpg)
 
  ![图片](/uploads/2025-10/cecdc8.jpg)
  
 
  ![图片](/uploads/2025-10/efe81d.jpg)

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