放射衰变与放射性同位素的应用

1、放射衰变与放射性同位素的应用19.2 放射衰變與放射性同位素的應用第1页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用熱 身它會變成另一種元素它的質量減少，但化學性質不變它會變得穩定它會完全消失其他：_在放射性核素衰變時，有甚麼會發生？第2页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三式不穩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页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三式原子核衰變後，會變成另一

2、種元素的原子核。母核衰變產物 = 子核 + 衰變過程中發射出來的粒子衰變X子核Y輻射第4页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三式 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页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三式a 衰變90p144n鈾-238 母核2p2n釷-234 子核氦-4 ( 粒子)衰變產物質子中子92p146n第6页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰

3、變與放射性同位素的應用1衰變三式a 衰變上面的數目及下面的數目均左右平衡23490U23892Th+He42238 = 234 + 492 = 90 + 2鈾-238 母核92p146n90p144n2p2n釷-234 子核氦-4（ 粒子）第7页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三式a 衰變XAZA 4Z 2Y+He4223490U23892Th+He42238 = ? + 492 = ? + 2原子序數 -2質量數 -4第8页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三

4、式b 衰變91p143n釷-234 母核鏷-234 子核電子 e- （ 粒子）衰變產物質子中子90p144npn-1+1e-+1質量 023491Th23490Pa+e?234 = 234 + 090 = 91 + (1)e01第9页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三式b 衰變原子序數 +1質量數 不變XAZAZ + 1Y+e01pne-質量 0第10页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三式c 輻射有些原子核在放出 或 粒子後，會比正常狀態具有較多的能量。 射線

5、90p144n釷-234釷-23490p144n具多餘的能量衰變產物能量第11页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三式c 輻射原子序數 不變質量數 不變X*AZAZX+Th*23490+Th23490具多餘的能量第12页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三式 衰變 XAZA 4Z 2Y+He42 輻射能量X*AZAZX+ 衰變XAZAZ + 1Y+e01pne-2p2n第13页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素

6、的應用1衰變三式鐳-226 的 衰變模擬程式問題?例題 1第14页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用1衰變三式U23892Th2349091Pa23492U23482Pb206放射性穩定d衰變系釷-232 的衰變系問題?例題 2第15页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用2放射衰變的特性放射衰變是隨機地（或無規地）發生的。這刻會發生衰變嗎？這次會擲得1嗎？a隨機特性第16页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用實驗 19a

7、放射衰變擲骰類比錄像片段尚未衰變的數目如何改變？擲得1 代表衰變了 拿走第17页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用2放射衰變的特性a隨機特性由於衰變結果是隨機的，點並不正正落在曲線上。擲骰次數100806040024620810衰變曲線：尚未衰變第18页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用2放射衰變的特性b衰變速率擲骰次數100806040024620810尚未衰變尚未衰變的數目 衰變的數目 衰變速率第19页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射

8、衰變與放射性同位素的應用2放射衰變的特性b衰變速率放射強度（衰變速率） 未衰變核的數目放射強度的單位 = 貝克 (Bq)即每秒鐘的蛻變次數第20页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用2放射衰變的特性c半衰期擲骰次數100806040024620810尚未衰變3.5次投擲後：100 50+3.5次投擲後：50 25 半數衰變所需的時間是固定的。+3.5次投擲後：25 12.5第21页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用2放射衰變的特性半衰期 = 一半核素衰變了所需的時間= 放射強度

9、減半所需的時間c半衰期第22页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用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）的總數永遠保持不變。c半衰期第23页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用2放射衰變的特性計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

10、的種類用途：c半衰期第24页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用2放射衰變的特性鈉-24 的放射強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页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用3人工放射性同位素的應用天然的放射性物質非常少。不過，用快速運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页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

11、3人工放射性同位素的應用醫 療放射療法()示蹤物(，數日)消毒()（相片提供：Prince of Wales Hospital/Dept. of Clinical Oncology）（相片提供：UKAEA）第27页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用3人工放射性同位素的應用工 業厚度計(， 103 年)煙霧探測器（火警警報）(，102 年)作為示蹤物檢查水道系統的泄漏情況(，數小時)（相片提供：UKAEA）第28页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用3人工放射性同位素的應用農 業

12、作為示蹤物追蹤植物吸收肥料的情況(，數日)碳-14 年代測定法*使用天然的放射性同位素(，103 年)考古學第29页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用3人工放射性同位素的應用厚度計問題?例題 5第30页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用進度評估 2(1-2)一個放射源的衰變曲線 3碘-131 的半衰期是 8 天 4某放射源的放射強度開始時 第31页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用(Q1-2) 一個放射源的衰變曲線

13、A20 BqB30 BqC50 BqD80 Bq1本底輻射是多少？第32页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用(Q1-2) 一個放射源的衰變曲線 2為甚麼數據不是落在曲線上？A讀取輻射數據的誤差很大。B放射源的衰變是隨機的。C這是由於本底輻射的原因。D要加密讀取數據的次數。第33页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用Q3碘-131 的半衰期是 8 天 碘-131 的半衰期是 8 天。現有 16 g 的碘樣本，在 24 天內有多少碘會衰變掉？每經過 8 天，_的碘有_會衰變掉。未衰

14、變一半第34页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用Q3碘-131 的半衰期是 8 天 開始8 天後16 天後24 天後16 g 未衰變的碘_克未衰變的碘_克衰變產物_克未衰變的碘_克衰變產物_克未衰變的碘_克衰變產物所以，在 24 天內有_的碘衰變掉。 14 g88124142第35页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用Q4某放射源的放射強度開始時 某放射源的放射強度開始時為 600 Bq （本底輻射修正後）。經過 40 小時後，放射強度跌至 150 Bq。該放射源的半衰期是多少

15、？40 小時內：600 Bq 150 Bq第36页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用因此，40 小時等於_個半衰期，而一個半衰期為_。Q4某放射源的放射強度開始時 設 n 為放射源所經過的半衰期數目。由於該放射源的放射強度在一個半衰期後會 _， (40 小時後的放射強度) / (開始時的放射強度) = (1/2)n ( ) / ( ) = (1/2)n n = _40 小時內：600 Bq 150 Bq減半1506002220 小時第37页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用完

16、 結第38页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用例題 1鐳-226 的衰變鐳-226 （原子序數 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页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用例題 1鐳-226 的衰變設 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 應是氡-222根據週期表第40页，共58页，2022年，

17、5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用返 回第41页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用例題 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？Th23290Ra22888Ac22890Th2288788899091224220228232236ThThAcRaAZ第42页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用例題 2釷-232 的衰變系當母核放出 粒子子核的質量數比母核少 4，原子序數則少 2。當母核放出 粒子子核的

18、質量數便保持不變，但原子序數則加 1。因此，89Th23290Ra22888Ac22890Th228第43页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用例題 2釷-232 的衰變系89(b)如果這個衰變系以鉛-208這種穩定的核素結束，整個系列一共放出多少 粒子？Th23290Ra22888Ac22890Th228 輻射並不會影響質量數所放射出的 粒子的數量=(232 208)4= 6第44页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用返 回第45页，共58页，2022年，5月20日，15点38

19、分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用例題 3鈉-24 的放射強度鈉-24 的半衰期為 15 小時。一個鈉-24 樣本的放射強度是 800 Bq （每秒的蛻變 800 次）。經過 2.5 天後，它的放射強度是多少？第46页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用例題 3鈉-24 的放射強度每經過 15 小時，鈉-24 的放射強度就減半。122天 = 60 小時 = 4 15 小時（即 4 半衰期）800 Bq15 小時400 Bq15 小時200 Bq15 小時100 Bq15 小時50 Bq2.5 天後，樣本的放射強度減弱到 5

20、0 Bq 。第47页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用例題 3鈉-24 的放射強度每經過 15 小時，鈉-24 的放射強度就減半。122天 = 60 小時 = 4 15 小時60 小時後的放射強度 = 800 ( )412另解：= 50 Bq= 800 / 16 24 = 16第48页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用返 回第49页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用例題 4找出放射性樣本的半衰期用蓋革彌勒計數器來量度

21、某放射性樣本在一段時間內的放射強度。每分鐘次數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) 由關係線圖估計該放射性樣本的半衰期。第50页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用每分鐘次數400300200100012345678時間小時例題 4找出放射性樣本的半衰期(a) 線圖趨於水平是因為樣本的放射強度下跌至接近零。 蓋革彌勒計數器所探測到的是本底輻射。第51页，共58页，2022年，5月20日，15点38分，星期三19.2 放射衰變與放射性同位素的應用每分鐘次數400300200100012345678時間小時例題 4找出放射性樣本的半衰期(b) 樣本的初放射強度 = 380 - 30 = 350 次分鐘一個半衰期後預計的