原子核衰变及半衰期
3.2 原子核衰变及半衰期教案
一、三维目标
1.在物理知识方面的要求.
（1）理解什么是“天然放射现象”，掌握天然放射线的性质；
（2）掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念；
（3）结合天然放射线的探测问题，提高学生综合运用物理知识的能力.
2.在复习过程中，适当介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的事绩，对学生进行科学道德与唯物史观的教育.
二、教学重点、难点
1.重点.
（1）衰变规律；
（2）用电场和磁场探测天然射线的基本方法.
2.难点：用力学和电学知识如何分析天然射线的性质.
三、主要教学过程
（一）引入新课
回顾法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象的经历，以及贝可勒尔为了试验放射线的性质，用试管装入含铀矿物插在上衣口袋中被射线灼伤、早期核物理学家多死于白血病（放射病）的故事.
（二）教学过程设计
天然放射性.
1.天然放射现象：某种物质自发地放射出看不见的射线的现象.
2.原子核的衰变：某种元素原子核自发地放出射线粒子后，转变成新的元素原子核的现象.
3.天然放射线的性质.（见下页表）
说明电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领
最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强.
4.衰变规律.
（1）遵从规律：
质量数守恒（说明与“质量守恒定律”之区别）；
电荷数守恒；
动量守恒；
能量守恒.
说明：γ衰变是原子核受激发产生的，一般是伴随α衰变或β衰变进行的，即衰变模式是：α＋γ，β＋γ，没有α＋β＋γ这种模式！
（3）半衰期：放射性原子核衰变掉一半所用时间.
说明：某种原子核的半衰期与物理环境和化学环境无关，是核素自身性质的反映.
【例1】平衡下列衰变方程：
分析：因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能，所以应先从判断α衰变次数入手：
每经过1次α衰变，原子核失去2个基本电荷，那么，钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差，决定了β衰变次数：
答案：6，4.
（1）α粒子与氡核的动能之比；
（2）若α粒子与氡核的运动方向与匀强磁场的磁感线垂直，画出轨迹示意图，并计算轨道半径之比.
解：（1）衰变时动量守恒：
0=mαvα+MRnvRn，
（2）若它们在匀强磁场中，运动方向与磁感线垂直，轨道半径
但衰变时射出的α粒子与反冲核（Rn）都带正电荷，且动量大小相等，则它们在匀强磁场做圆周运动的轨迹是一对外切圆（图1），轨道半径和粒子电量成反比：
【例4】一束天然放射线沿垂直电场线的方向从中间进入到两块平行带电金属板M、N之间的匀强电场中，试问：
（1）射线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各是哪种射线？
（2）M、N各带何种电荷？
提示：参考天然放射线的性质.
解：γ射线不带电，所以是Ⅱ（直线）.
设带电粒子打到金属板上的位置为x，偏转的距离都是d／2，根据公式
qα=2e，qβ=e，代入上式，得比值
所以Ⅰ为α射线，Ⅲ为β射线，M带负电.
G-M特性及核衰变统计规律
G-M特性及核衰变统计规律 实验目的 1.了解G-M计数器的工作原理，有关特性及使用方法。 2.以G-M计数器为探测设备，验证核衰变的统计规律。 3.了解统计误差的意义，掌握计算统计误差的方法。 实验内容 1.在一定甄别阈值下，测量G-M计数管的坪曲线，确定坪曲线 的各个参量，并确定其工作电压。 2.用示波器测定计数装置的分辨时间。 3.观察G-M计数管的工作电压与输出脉冲幅度的关系。 4.在相同条件下，对某放射源进行重复测量，画出放射性计数 的频率直方图，并与理论正态分布曲线作比较。 5.在相同条件下，对本底进行重复测量，画出本底计数的频率 分布图，并与理论泊松分布作比较。 实验原理 1G-M计数管 1.1G-M管的结构和工作原理 G-M计数管是一种气体探测器，结构类型很多，最常见的有圆柱形和钟罩形两种，它们都是由同轴圆柱形电极构成。 图1是其结构示意图，中心的金属丝为阳极，管内壁圆筒状的金属套（或一层金属粉末）为阴极，管内充有一定量的混合气体（通常为惰性气体及少量的猝灭气体），钟罩形的入射窗在管底部，一般用
薄的云母片做成；圆柱形的入射窗就是玻璃管壁。测量时，根据射线的性质和测量环境来确定选择哪种 类型的管子。对于α和β等穿透力 弱的射线，用薄窗的管子来探测； 对于穿透力较强的γ射线，一般可 用圆柱型计数管。 G-M 管工作时，阳极上的直流 高压由高压电源供给，于是在计数 管内形成一个柱状对称电场。带电粒子进入计数管，与管内气体分子发生碰撞，使气体分子电离即初电离（γ粒子不能直接使气体分子电离，但它在阴极上打出的光电子可使气体分子发生电离）。初电离产生的电子在电场的加速下向阳极运动，同时获得能量，当能量增加到一定值时，又可使气体分子电离产生新的离子对，这些新离子对中的电子又在电场中被加速再次发生电离碰撞而产生更多的离子对。由于阳极附近很小区域内电场最强，则此区间内发生电离碰撞几率最大，从而倍增出大量的电子和正离子，这个现象称为雪崩。雪崩产生的大量电子很快被阳极收集，而正离子由于质量大、运动速度慢，便在阳极周围形成一层“正离子鞘”，阳极附近的电场随着正离子鞘的形成而逐渐减弱，使雪崩放电停止。此后，正离子鞘在电场作用下慢慢移向阴极，由于途中电场越来越弱，只能与低电离电位的猝灭气体交换电荷，之后被中和，使正离子在阴极上打不出电子，从而避免了再次雪崩。而且在雪崩过程中，由受激原子图1 G-M 计数管 图1 G-M 计数管
高三物理原子核衰变及半衰期
第二节原子核衰变及半衰期 新课标要求 1、知识与技能 （1）了解天然放射现象及其规律； （2）知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们； （3）知道放射现象的实质是原子核的衰变； （4）知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律； （5）理解半衰期的概念。 2、过程与方法 （1）能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式； （2）能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）。 （3）通过观察，思考，讨论，初步学会探究的方法； （4）通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。 3、情感、态度与价值观 （1）树立正确的，严谨的科学研究态度； （2）树立辨证唯物主义的科学观和世界观。 教学重点：天然放射现象及其规律，原子核的衰变规律及半衰期。 教学难点：知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们及半衰期描述的对象。 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备 （一）引入新课 本节课我们来学习新的一章：原子核。本章主要介绍了核物理的
一些初步知识，核物理研究的是原子核的组成及其变化规律，是微观世界的现象。让我们走进微观世界，一起探索其中的奥秘！我们已经知道原子由原子核与核外电子组成。 那原子核内部又是什么结构呢？原子核是否可以再分呢？它是由什么微粒组成？用什么方法来研究原子核呢？ 人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的，1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。居里和居里夫人在贝克勒尔的建议下，对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她的祖国波兰而命名为钋（Po），另一种命名为镭（Ra）。 （二）进行新课 1、天然放射现象 （1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象，具有放射性的元素称为放射性元素。 （2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。 2、射线到底是什么
原子核的衰变、人工转变
原子核的衰变、原子核的人工转变 一、天然放射现象 1、天然放射现象 物质放射出α射线、β射线、γ射线的性质，叫做放射性，具有放射性的元素叫放射性元素。 1896年法 贝克勒耳首先发现天然放射现象，后居里·夫妇发现钋P O 和镭R a 。 物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。 元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象， 具有放射性的元素称为放射性元素。 2、放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。 3、射线种类与性质 那这些射线到底是什么呢？把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线 ①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。 ②根据左手定则，可以判断α射线都是正电荷，β射线是负电荷。 ③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质。 α射线：氦核流速度约为光速的 1/10。贯穿本领最小，但有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用也很强； β射线:高速运动的电子流。速度接近光速，贯穿本领很强。很容易穿透黑纸，甚至能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用比较弱。 γ射线：为波长极短的电磁波。性质非常象Ｘ射线，只是它的贯穿本领比Ｘ射线大的多，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用却很小。 电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强. 带电量 质量数 符号 电离性 穿透性 实 质 来 源 α射线 +2e 4 （p ） 很强 很小 （一张普通纸） 高速的氦核流 v≈0.1c 两个中子和两个质子结合成团从原子核中放 出 β射线 -e 0 弱 很强 （几毫米铝板） 高速的电子流v≈c 原子核中的中子转换成 质子时从原子核中放 出 γ射线 γ 很小 更强 （几厘米铅板） 波长极短的电磁波 原子核受激发产生的 小结： ①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施 He 42 e 01 -
核衰变统计规律的验证
核衰变统计规律的验证 0830******* 崔璨 复旦大学材料科学系 【摘要】本实验利用G-M 计数管研究放射性测量数据分布规律, 用χ2检验法初步检验了核衰变的统计规律——泊松分布和高斯分布。并用频率直方图检验法定性说明核衰变时间间隔分布也符合正态分布。 【关键词】核衰变 统计规律 χ2检验法 频率直方图检验法 泊松分布 高斯分布 1. 引言 由于放射性衰变存在统计涨落，当我们作重复的放射性测量时，即使保持相同的实验条件，每次测量的结果也并不相同，而是围绕某一平均值上下涨落，有时甚至有很大的差别。因此就需要对于测量所得的数据进行某种检验，以确定测量数据的可靠性。用G-M 计数器来探测γ射线，运用放射性测量结果的统计误差的表示方法，通过χ2检验法和频率直方图检验法检验测量数据的分布类型，可以帮助检查测量仪器的工作是否正常和测量条件是否稳定，从而帮助分析和判断在测量中除放射性测量的统计误差外，是否还有其他的系统误差和偶然误差因素。 2. 实验原理 2.1 G-M 计数器 G-M 计数器由G-M 计数管、高压电源和定标器构成。G-M 计数器工作时，高压由高压电源经过电阻R 加到计数管的阳极上，于是在G-M 计数管内产生一柱状对称的电场。辐射粒子使电极间气体电离，生成的电子和正离子在电场作用下漂移，最后收集到电极上。G-M 计数管在射线作用下可以产生电脉冲，高压电源提供计数管的工作电压，而定标器则用来记录计数管输出的脉冲数。 2.2 放射性测量的统计误差 对大量的原子核而言，其衰变遵从统计规律，有衰变定律： -t 0N(t)=N e λ 其中，t 表示时间，N 0为t=0时刻的放射性核数，N(t)为t 时刻的放射性核数，λ称为衰变常数。 设N 为尚未衰变的放射性核数，n 为某时间t 内衰变的核数。假设该种放射性核的半衰期很长，则在测量过程中可以认为N 不变，可以推出t 时间内有n 个核衰变而其余的核不衰变的几率为： ()! n m m P n e n -= 其中，m 为衰变的平均值，n=1,2,3,…称它为泊松分布。 当平均值比较大时，泊松分布公式化为高斯分布公式： 22 ()2()x P x μσ-- =
实验四 核衰变的统计规律与放射性测定的实验数据处理
实验四 核衰变的统计规律与放射性测定的实验数据处理 学生： 学号：同组： 一、实验目的 1. 验证核衰变所服从的统计规律 2. 熟悉放射性测量误差的表示方法 3. 了解测量时间对准确度的影响 4. 学会根据准确度的要求选择测量时间 二 、实验原理 实验证明,在对长寿命放射性物质活度进行多次重复测量时，即使周围条件相同，每次测量的结果仍不相同。然而，每次结果都围绕某一平均值上下涨落，并且，这种涨落是服从一定的统计规律的。假如在时间间隔t 内核衰变的平均数为n ，则在某一特定的时间间隔t 内，核衰变为n 的出现机率P(n)服从统计规律的泊松分布： ()()! n n n P n e n -= （2-4-1） 图一表示n =的泊松分布曲线。泊松分布在平均数n 较小的情况下比较适用；如果值相当大，计算起来十分复杂，实际应用对泊松分布利用斯蒂令近似公式： !2n n n n n e π-≈?? （2-4-2） 化为高斯分布，得： 2()2()2n n n P n e n π--= （2-4-3） 高斯分布说明，与平均值的偏差()n n -对于n 而言具有对称性，而绝对值大的偏差出现的几率小。 放射性衰变并不是均匀地进行，所以在相同的时间间隔内作重复的测量时测量的放射性粒子数并不严格保持一致，而是在某平均值附近起伏。通常把平均值n 看作是测量结果的几率值，并用它来表示放射性活度，而把起伏带来的误差叫做测量的统计误差，习惯用标准误差n ±来表描述。实验室都将一次测量的结果当作平均值，并作类似的处理而计为N N ±。 图 1泊松分布曲线 图 2 高斯分布曲线
计数的相对标准误差为： = （2-4-4） 它能说明测量的准确度。当N 大时，相对标准误差小，而准确度高。反之，则相对标准误差大，而准确度低。为了得到足够计数N 来保证准确度，就需要延长测量时间t 或增加相同测量的次数m 。根据计算可知，从时间t 内测的结果中算出的计数率的标准误差为： t ± == （2-4-5） 计数率的相对标准误差E 用下式表示： E == （2-4-6） 若实验重复进行m 次，则平均计数率的标准误差等于： （2-4-7） 考虑本底后，标准误差为： σ== （2-4-8） N c 为t c 时间内源加本底的计数，n b 为t b 时间内本底的计数，n c 为源加本底的计数率，n b 为本底的计数率。 放射性测量的相对标准误差： 12()c b c b c b n n t t E n n +=±- （2-4-9） 过长测量时间并不有利，因此可合理地分配测定源加本底和本底计数的时间，可利用下列关系式： c b t t = （2-4-10） 究竟需要选择多长的测量时间，要根据对测量准确度的要求而定，即： c a t = （2-4-11） 式中a c b n n n =-为放射源的计数率 当本底与放射率的计数率之比小于给定的准确度（b a n E n <）的情况下，上式可近似写为：
第2节原子核衰变及半衰期
第三章 第2节 原子核衰变及半衰期 班级： 姓名： 座号： 第 组 ◆学习目标、重点、难点 1．认识天然放射现象及其规律，认识放射线的本质。 2．理解α衰变和β衰变的规律，掌握半衰期的概念。 3、根据衰变规律书写核反应方程，利用半衰期的公式解决相关的问题。 ◆知识梳理 一、天然放射现象的发现 ___________发现天然放射现象，通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于或等于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．现在用人工的方法也可以制造___________元素． 1．物质能自发地放出射线的现象．说明原子核具有___________． 2．放射性：物质放出___________的性质． 3．放射性元素：具有___________的元素． 二、放射线的本质和特点 三种射线在电场磁场中偏转情况的比较： (1)在匀强电场中，α射线偏离较______，β射线偏离较______，γ射线不偏离，如图所示． (2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较______，β射线偏转半径较______，γ射线不偏转，如图所示． 三、原子核的衰变 1．衰变：原子核由于释放出像α、β这样的射线而转变为新核的现象．
2．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为_________，放出β粒子的衰变叫_________，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的． 3．衰变规律： 在衰变过程中，_________数和_________数守恒． (1)α衰变：___________________________ (2)β衰变：___________________________ 对α衰变和β衰变的理解： (1)α衰变：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象． (2)β衰变：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1．但β衰变不改变原子核的质量数． (3)原子核放出一个α粒子就说明它发生了一次α衰变，同理放出一个β粒子就说明它发生了一次β衰变． 4．衰变次数的计算： (1)对象：一个放射性元素的原子核发生α衰变(或β衰变)变成新的原子核，而新原子核仍有放射性，可能又会发生某种衰变．经过若干次变化，最终变为某一稳定的原子核．在此过程中共发生了多少次α衰变和β衰变，是经常面临的问题． (2)依据：_________数和_________数守恒． (3)方法：根据β衰变不改变质量数的特点，可依据反应原子核与最终原子核的质量数改变确定α衰变的次数，然后计算出电荷数的改变，由其差值可确定β衰变的次数．其中每发生一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2，每发生一次β衰变，电荷数增加1，质量数不变． 四、半衰期 1．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间． 2．公式：N余＝N原(1 2 )t/τm余＝M( 1 2 )t/τ 式中N原、M表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期． 3．影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核_________决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关． 4．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对_________原子核衰变规律的总结． 合作探究 主题一、天然放射现象的发现与放射线的本质 1．关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是（） A．α射线是原子核自发发射出的氦核，它的穿透能力最强 B．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透力 C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的穿透力最强 D．γ射线是电磁波，它的穿透力最弱
《原子核衰变及半衰期》同步练习2
《原子核衰变及半衰期》同步练习 1．(2013·西安一中检测)关于天然放射现象，以下叙述正确的是() A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小 B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的 C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强 D.23892U衰变为20682Pb的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变 【解析】半衰期与物理条件无关，A选项错误；一个中子衰变成一个质子，放出一个β粒子，α粒子电离本领最强，γ射线穿透本领最强，B、C选项正确；23892 U衰变为20682Pb要经过8次α衰变和6次β衰变，D错误． 【答案】BC 2．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，下列说法正确的是( ) A．原子核中有质子、中子、还有α粒子 B．原子核中有质子、中子，还有β粒子 C．原子核中有质子、中子，还有γ粒子 D．原子核中只有质子和中子 【解析】在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源，不能据此认为α粒子是原子核的组成部分．原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子．原子核发出射线后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ光子的形成辐射出来，形成γ射线，故原子核里也没有γ粒子，故D正确．【答案】 D 3．下面说法正确的是() ①β射线的粒子和电子是两种不同的粒子 ②红外线的波长比X射线的波长长 ③α粒子不同于氦原子核 ④γ射线的贯穿本领比α粒子的强 A．①②B．①③C．②④D．①④ 【解析】19世纪末20世纪初，人们发现了X、α、β、γ射线，经研究知道X、
实验一核衰变与放射性计数的统计规律
实验一核衰变与放射性计数的统计规律 第一部分 G-M计数器 一.实验目的 1、了解G-M管的工作原理，掌握其基本性能及其测试方法。 2、学会正确使用G-M管计数装置的方法。 3、了解探测器输出信号与输出回路参数的关系，学会正确选择G-M管计数系统输出回路参 量。 二.实验内容 1、在一定的甄别阈下，测量卤素G-M管的坪曲线，确定这些坪曲线的各个参量并选择工作 电压。 2、用示波器观察法和双源法测定卤素G-M管计数装置的分辨时间。 3、观察并记录G-M计数管的输出电流、电压脉冲与工作电压及输出回路参数的关系。 三.实验原理 1、G-M管是一种气体探测器。当带电粒子射入其灵敏体积时，引起气体原子电离。电离产生的电子在阳极丝附近的强电场中又引起一系列碰撞电离，即触发“自持放电”。这一过程产生的电子和正离子向两极漂移时，在外回路产生脉冲信号。 2、从G-M管的工作机制可以看出，入射带电粒子仅仅起一个触发放电的作用，G-M管的输出电流、电压信号的幅度与形状和入射粒子种类与能量无关，只和计数管的几何参量、工作电压以及输出回路参量有关。 在G-M管的使用中，坪特性是其最重要的性能之一。坪特性是判断管子好坏的主要依据，也是选择管子工作电压的依据。坪特性曲线就是在一定的实验条件下当入射粒子的注量率不变时，计数管的计数率随工作电压变化的曲线，见图1－1。 图1-1 G-M计数管的坪曲线
表征坪特性的参量主要有： 起始电压(Vs)：即计数管开始计数时的电压。 坪长： B A =V -V 坪长（单位：百伏） （1-1） 这是管子的工作区域，工作电压一般可选在坪区的 2 1 ~31的范围内。 坪斜：() 100% ()2 B A B A B A n n n n V V -= ?+-坪斜（单位：％/百伏） （1-2） 坪斜主要是由假计数引起的，当然它的值越小越好。 当工作电压高于B V 时，曲线急剧上升，表明管子内发生了持续放电，这会大大缩短管子的寿命，因此在使用中必须注意避免这种情况。 3、 计数装置的分辨时间就是它能区分连续入射的两个粒子之间的最小时间间隔。G-M 管的工作机制决定了它的分辨时间远大于其它探测器，使用时要特别注意。G-M 管在一次放电后，正离子鞘空间电荷使阳极附近气体放大区域内的电场减弱，一直要等到正离子鞘漂移了一段距离后，阳极表面电场才能恢复到可以引起自持放电的阈值以上，在这一段时间内即使有带电粒子射入也不能引起放电，这一段不起作用的时间称为失效时间(或称死时间)，以t d 记之，一般为100 us 左右。此后，正离子鞘继续向阴极漂移，再经过t r 时间到达阴极，这时计数管才完全恢复到放电以前的状态，这一段时间t r 称为恢复时间，在此期间，计数管能工作，但输出脉冲幅度小于原来工作状态时的输出。实际上记录脉冲时，计数装置总有一定的甄别阈th V ，只有当入射粒子的输出脉冲幅度恢复到高于甄别阈时才能计数。τ称为计数装置的分辨时间，显然τ的大小与th V 有关，甄别阈越低τ越小，但总是大于计数管的失效时间t d ，见图1-2。 由于存在分辨时间τ，若相继进入计数管的两个粒子的时间间隔小于分辨时间，第二个 图1-2 当RC 较小，计数率较强时计数管的输出波形
实验四核衰变的统计规律与放射性测定的实验数据处理
实验四核衰变的统计规律与放射性测定的实验数据处理 学生：学号：同组： 一、实验目的 1.验证核衰变所服从的统计规律 2.熟悉放射性测量误差的表示方法 3.了解测量时间对准确度的影响 4.学会根据准确度的要求选择测量时间 二、实验原理 实验证明 ,在对长寿命放射性物质活度进行多次重复测量时，即使周围条件 相同，每次测量的结果仍不相同。然而，每次结果都围绕某一平均值上下涨落， 并且，这种涨落是服从一定的统计规律的。假如在时间间隔t 内核衰变的平均数为 n ，则在某一特定的时间间隔t 内，核衰变为 n 的出现机率 P(n)服从统计规律的泊松分布： P(n)(n)n e n（2-4-1） n! 图一表示 n =3.5的泊松分布曲线。泊松 分布在平均数 n 较小的情况下比较适用； 如果值相当大，计算起来十分复杂，实际 应用对泊松分布利用斯蒂令近似公式： n!2 n n n e n（ 2-4-2） 化为高斯分布，得： 1(n n)2 e 2 n（ 2-4-3） P(n) 2n图 1 泊松分布曲线高斯分布说明，与平均值的偏差 ( n n) 对于 n 而言具有对称性，而绝对值大的偏差出现的几率小。 放射性衰变并不是均匀地进行，所以在相同的 时间间隔内作重复的测量时测量的放射性粒子数 并不严格保持一致，而是在某平均值附近起伏。 通常把平均值 n 看作是测量结果的几率值，并用 它来表示放射性活度，而把起伏带来的误差叫做 测量的统计误差，习惯用标准误差n 来表描 述。实验室都将一次测量的结果当作平均值， 图 2高斯分布曲线 并作类似的处理而计为N N 。
计数的相对标准误差为： N1（2-4-4） N N 它能说明测量的准确度。当N 大时，相对标准误差小，而准确度高。反之，则相对标准误差大，而准确度低。为了得到足够计数N 来保证准确度，就需要延长测量时间t 或增加相同测量的次数m。根据计算可知，从时间t 内测的结果中算出的计数率的标准误差为： N N n （2-4-5） t t2t 计数率的相对标准误差 E 用下式表示： n 1 E t（2-4-6） nt n 若实验重复进行 m 次，则平均计数率的标准误差等于： n （ 2-4-7） mt 考虑本底后，标准误差为： N c N b n c n b （2-4-8） t c2t b2t c t b N c为 t c时间内源加本底的计数，n b为 t b时间内本底的计数， n c为源加本底的计数率， n b为本底的计数率。 放射性测量的相对标准误差： (n c 1 n b ) 2 t c t b（ 2-4-9） E n b n c 过长测量时间并不有利，因此可合理地分配测定源加本底和本底计数的时间，可利用下列关系式： t c n c（ 2-4-10） t b n b 究竟需要选择多长的测量时间，要根据对测量准确度的要求而定，即： n c n c n b （2-4-11） t c 2E 2 n a 式中 n a n c n b为放射源的计数率 当本底与放射率的计数率之比小于给定的准确度（n b E ）的情况下，上式n a 可近似写为：
《原子核衰变及半衰期》同步练习2
原子核衰变及半衰期》同步练习 1．(2013 ·西安一中检测)关于天然放射现象，以下叙述正确的是( ) A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的 C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强 D.23982U衰变为20862Pb的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变 【解析】半衰期与物理条件无关，A选项错误；一个中子衰变成一个质子，放出一个β粒子，α粒子电离本领最强，γ射线穿透本领最强，B、C选项正确；23982 U衰变为20862Pb要经过8次α衰变和6次β衰变，D错误． 【答案】BC 2．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，下列说法正确的是( ) A ．原子核中有质子、中子、还有α粒子 B ．原子核中有质子、中子，还有β粒子 C．原子核中有质子、中子，还有γ粒子 D．原子核中只有质子和中子 【解析】在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源，不能据此认为α粒子是原子核的组成部分．原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子．原子核发出射线后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ光子的形成辐射出来，形成γ射线，故原子核里也没有γ粒子，故D正确． 【答案】 D 3．下面说法正确的是( ) ①β射线的粒子和电子是两种不同的粒子
②红外线的波长比X 射线的波长长 ③α粒子不同于氦原子核 ④γ射线的贯穿本领比α粒子的强 A ．①②B．①③C．②④D．①④ 【解析】19世纪末20世纪初，人们发现了X、α、β、γ射线，经研究知道X、γ射线均为电磁波，只是波长不同．可见光、红外线也是电磁波，由电磁波谱知红外线的波长比X射线波长要长．另外，β射线是电子流，α粒子是氦核，就α、β、γ三者的穿透本领而言，γ射线最强，α粒子最弱，故C对． 【答案】 C 4．（2013 ·青岛二中检测）某放射性原子核 A ，经一次α衰变成为B，再经一次β衰变成为C，则（） A．原子核C的中子数比A少2 B．原子核C的质子数比 A 少 1 C．原子核C的中子数比B少 2 D．原子核C的质子数比B少 1 【解析】写出核反应方程如下：Y X A → 42He＋X Y－－24B，X Y－－24B→－01e ＋X Y－－14C.A的中子数为X－Y，B的中子数为（X－4）－（Y－2）＝X－Y－2，C的中子数为（X－4）－（Y －1）＝X－Y－3.故C比A中子数少 3.C比B中子数少1，A、C均错．A、B、C的质子数分别为Y、Y －2、Y－1，故C比A质子数少1，C比B质子数多1，B对D错．【答案】 B 5．原子核发生β衰变时，此β粒子是（） A ．原子核外的最外层电子 B．原子核外的电子跃迁时放出的光子 C．原子核外存在着的电子 D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出的一个电子 【解析】β衰变是原子核内的一个中子衰变成一个质子时形成的，D选项正确．
原子核的衰变人工转变(20210102221237)
原子核的衰变、原子核的人工转变 一、天然放射现象 1、天然放射现象 物质放射出a射线、B射线、丫射线的性质，叫做放射性，具有放射性的元素叫放射性元素。 1896年法贝克勒耳首先发现天然放射现象，后居里?夫妇发现钋P O和镭R a。 物质发射射线的性质称为放射性（radioactivity）。 元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象， 具有放射性的元素称为放射性元素。 2、放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。 3、射线种类与性质 那这些射线到底是什么呢？把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线 ①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。 ②根据左手定则，可以判断［射线都是正电荷，［射线是负电荷。 ③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质。 a射线：氦核流速度约为光速的1/10。贯穿本领最小，但有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用也很强； B射线：高速运动的电子流。速度接近光速，贯穿本领很强。很容易穿透黑纸，甚至能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用比较弱。 丫射线：为波长极短的电磁波。性质非常象X射线，只是它的贯穿本领比X射线大的多，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用却很小。 电离本领和贯穿本领之间的关系：a粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的a粒 子，贯穿本领最弱；而丫光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能 小结： ①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，
原子核衰变及半衰期
3、2 原子核衰变及半衰期教案 一、三维目标 1、在物理知识方面的要求、 (1)理解什么就是“天然放射现象”,掌握天然放射线的性质; (2)掌握原子核衰变规律,理解半衰期概念; (3)结合天然放射线的探测问题,提高学生综合运用物理知识的能力、 2、在复习过程中,适当介绍天然放射性的发现过程,以及有关科学家的事绩,对学生进行科学道德与唯物史观的教育、 二、教学重点、难点 1、重点、 (1)衰变规律; (2)用电场与磁场探测天然射线的基本方法、 2、难点:用力学与电学知识如何分析天然射线的性质、 三、主要教学过程 (一)引入新课 回顾法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象的经历,以及贝可勒尔为了试验放射线的性质,用试管装入含铀矿物插在上衣口袋中被射线灼伤、早期核物理学家多死于白血病(放射病)的故事、 (二)教学过程设计 天然放射性、 1、天然放射现象:某种物质自发地放射出瞧不见的射线的现象、 2、原子核的衰变:某种元素原子核自发地放出射线粒子后,转变成新的元素原子核的现象、 3、天然放射线的性质、(见下页表) 说明电离本领与贯穿本领之间的关系:α粒子就是氦原子核,所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力,但以损失动能为代价换得原子电离,所以电离能力最强的α粒子,贯穿本领最
弱;而γ光子不带电,只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离,所以电离能力最弱而贯穿本领最强、 4、衰变规律、 (1)遵从规律: 质量数守恒(说明与“质量守恒定律”之区别); 电荷数守恒; 动量守恒; 能量守恒、
说明:γ衰变就是原子核受激发产生的,一般就是伴随α衰变或β衰变进行的,即衰变模式就是:α＋γ,β＋γ,没有α＋β＋γ这种模式！ (3)半衰期:放射性原子核衰变掉一半所用时间、 说明:某种原子核的半衰期与物理环境与化学环境无关,就是核素自身性质的反映、 【例1】平衡下列衰变方程:
原子核衰变及半衰期
3.2 原子核衰变及半衰期教案 一、三维目标 1.在物理知识方面的要求. （1）理解什么是“天然放射现象”，掌握天然放射线的性质； （2）掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念； （3）结合天然放射线的探测问题，提高学生综合运用物理知识的能力. 2.在复习过程中，适当介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的事绩，对学生进行科学道德与唯物史观的教育. 二、教学重点、难点 1.重点. （1）衰变规律； （2）用电场和磁场探测天然射线的基本方法. 2.难点：用力学和电学知识如何分析天然射线的性质. 三、主要教学过程 （一）引入新课 回顾法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象的经历，以及贝可勒尔为了试验放射线的性质，用试管装入含铀矿物插在上衣口袋中被射线灼伤、早期核物理学家多死于白血病（放射病）的故事. （二）教学过程设计 天然放射性. 1.天然放射现象：某种物质自发地放射出看不见的射线的现象. 2.原子核的衰变：某种元素原子核自发地放出射线粒子后，转变成新的元素原子核的现象. 3.天然放射线的性质.（见下页表） 说明电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领
最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强. 4.衰变规律. （1）遵从规律： 质量数守恒（说明与“质量守恒定律”之区别）； 电荷数守恒； 动量守恒； 能量守恒. 说明：γ衰变是原子核受激发产生的，一般是伴随α衰变或β衰变进行的，即衰变模式是：α＋γ，β＋γ，没有α＋β＋γ这种模式！ （3）半衰期：放射性原子核衰变掉一半所用时间. 说明：某种原子核的半衰期与物理环境和化学环境无关，是核素自身性质的反映. 【例1】平衡下列衰变方程：
利用盖革计数器测量核衰变的统计规律实验报告
近代物理实验实验报告 -----盖革-弥勒计数器及核衰变的统计规律 同组者：**** 操作人员：*** 学号：******* 一．实验仪器： G-M计数器，β粒子放射源，脉冲示波器。 二．实验原理： 1.G-M计数器原理： 玻璃管内有圆筒状阴极，在阴极对称轴上装有丝状阳极。先将管内抽成真空，再冲入一定量惰性气体和少量猝灭气体（卤素或有机物）在G-M计数管两极加上电压V0 ，设其阳极半径为a，阴极半径为b，则沿着管径向位置为r处的电场强度为E=V。/ln(a/b)可见随着r减小，电场强度增大，且在阳极附近急剧增大。 2.脉冲原理： 1.）当射线进入G-M管中使得管中气体电离后，正离子和负离子在管内电场的作 用下分别向阴极和阳极移动。在阳极附近强大的电场作用下，电子获得极大的动能 以至于将阳极附近的气体电离。经过多次碰撞，阳极附近的电子急剧增多，形成了 所谓“雪崩”电子；在这些碰撞中会产生大量紫外线光子，这些光子能够进一步地
产生第二波的“雪崩”效应，增加电子。这个电子不断增多的过程成为气体放大。 2.）雪崩过程发生在阳极附近，加上电子的质量远远小于阳离子的质量，因此电子 很快被阳极吸收，在管内留下一个由大量阳离子构成的阳离子鞘包围着阳极。正离子鞘将随着电离发生而逐渐增厚。由于正离子鞘的作用，阳极附近的电场强度将随之减小，直到电场强度不足以引起雪崩效应，这时雪崩效应停止，阳离子鞘停止生成，G-M管进入恢复过程。在电场的作用下，正离子鞘缓慢地向阴极移动，阳极附近的电场也随之恢复，使得与G-M管串联的电阻记录下一个电压脉冲。 3.）当阳离子到达阴极时会再次打出光电子，如果这些电子再次形成离子放电的话， 一个入射粒子就将产生多个信号了。为了避免再次形成雪崩效应，使得一个入射粒子只产生一个信号，在管内加入少量的卤素气体来吸收这部分电子。 3.脉冲特性： 1.）坪曲线盖革计数器的计数率与电压有 关，如下图。在小于V0 时完全没有计 数，此时管内的电场强度不足以激发电子 雪崩；在V0 到VB 之间，计数率随着电 压快速增大；在VB 到VC 之间，计数率 随着电压小幅地增加，这段直线被成为 “坪”；在VC 之后，计数率随着电压 急速增大。 2.）电源电压越大，负脉冲幅度越大；串联电阻越大，脉冲宽度较宽，幅度也较大。
原子核的三种主要衰变特性及其比较
分类号：TQ242．3单位代码： XXXX 密级：一般学号：XXXXX 本科毕业论文（设计） 题目：原子核的三种主要衰变特性及其比较专业：物理学 姓名： XX 指导教师： XX 职称：教授 答辩日期：二0一五年六月十四日
原子核的三种主要衰变特性及其比较 摘要：物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。是一门以实验研究为基础的自然学科。核物理学又称原子核物理学，是20世纪新建立的一个物理学分支。它是一门既有深刻理论意义，又有重大实践意义的学科。核物理与核技术已经成为当今世界上最有生命力、发展最为迅速、影响力最大、成果最多的学科之一。所以说，对于原子核物理的认识也就必不可少了。然而对于原子核物理的了解，最重要的手段就是对原子核衰变的研究。原子核的衰变是极其复杂的，为了更好的认识原子核，加深对原子核衰变的理解，我们对原子核的三种主要衰变特性进行比较。 关键词：原子核三种衰变比较 Abstract: Subject matter physics is the study of the most general laws of motion and the basic structure of matter. Is a research-based experimental natural sciences. Nuclear physics, nuclear physics, also known, is a branch of physics newly established 20th century. It is both a profound theoretical significance and great practical significance of the subjects. Nuclear physics and nuclear technology has become the world's most vital, the fastest growing, most influential, one of the largest achievement disciplines. So, for the understanding of nuclear physics also indispensable. However, for the understanding of nuclear physics, research is the most important means of nucleus decay. Nuclear decay is extremely complex, in order to better understand the nucleus, to deepen understanding of nuclear decay, we have three main nuclei decay characteristics were compared. Key Words: Atomic nucleus; three kinds of decay; Compare 衰变亦称"蜕变"。指放射性元素放射出粒子而转变为另一种元素的过程,如镭放出α。放射性衰变通常都有一定的周期，并且一般不因物理或化学环境而改变，这也就是放射性可用于确定年代的原因。由于一个原子的衰变是自然地发生，即不能预知何时会发生，因此会以机率来表示。假设每颗原子衰变的机率大致相同，例如半衰期为一小时的原子，一小时后其未衰变的原子会剩下原来的二分之一，两小时后会是四分之一，三小时后会是八分之一。 原子的某些衰变会产生出另一种元素，并会放出α粒子、β粒子或中微子，在发生衰变后，该原子也会释出伽马射线。衰变后的实物粒子静止质量的总合会少于衰变前实物粒子静止质量的总和，根据质能方程，能量可以表现出质量。当物体的能量增加E，其
盖革-弥勒计数管及核衰变的统计规律实验报告
改革-弥勒计数器及核衰变的统计规律 姓名：学号： 一、实验目的 了解盖革-弥勒计数器的结构、工作原理、性能、特性，学会其使用方法。 掌握核衰变的统计规律。 二、实验仪器 G-M计数器，β粒子放射源，脉冲示波器 三、实验原理 （一）盖革-弥勒计数的工作原理 结构： 原理： 盖革弥勒计数器（G-M计数器）是射线气体探测器中应用最广泛的一种，主要测量?射线和γ射线的强度。它由G-M计数管，高压电源，定标器三部分组成。高压电源为计数管提供工作电压，计数管在射线作用下产生脉冲，定标器则来记录计数管输出的脉冲数。 玻璃管内有圆筒状阴极，在阴极对称轴上装有丝状阳极。先将管内抽成真空，再冲入一定量惰性气体和少量猝灭气体（卤素或有机物）。?形和γ形不同在于钟罩下是云母片，因为?射线穿透力低，为提高探测效率采取的措施。 使用G-M计数器测量时，两极间形成柱状轴对称电场。射线进入，引起气体电离，所产生电子就向阳极移动，在阳极附近与气体分子发生打出次级电子的碰撞，电子同样向阳极移动。引起“雪崩”放电。将产生大量紫外光光子，引起全管放电。大量电子移
动到阳极被中和。大量正离子由于质量大，移动缓慢，在阳极附近形成正离子鞘。 可将计数器看作电容器，使阳极得到一个负的脉冲。电源高，波幅大：电阻高，脉冲宽。 （二）计数管的特性 开始输出小，计数器示零，电压超过某一值时，定标器开始计数，此时电压Va 为阈电压。 随着脉冲幅度升高，计数率迅速增加，升到Vb 时，只要产生一个离子对，就能引起全管雪崩放电。进一步升高，只能提高幅度，不能增加个数，直到Vc ，称为坪区。Vc-Vb 为坪长度。 坪斜]%100[)(2 212 12 1每伏特?-?+-= V V n n n n ε， 表示为电压升高1伏计数率的相对增加量。 （三）核衰变的统计规律及测量数据的处理 1、衰变规律： 对大量核而言，其衰变遵从统计规律，有衰变定律 -λλ0(t)e N =N 其中t 表示时间，N0为t=0时刻的放射性核数，N(t)为t 时刻的放射性核数，λ称为衰变常数。 泊松分布和高斯分布： 设N 为尚未衰变的放射性核数，n 为某时间t 内衰变的核数，假设该种放射性核的半衰期很长，即在测量过程中可以认为N 不变，可以推出t 时间内有n 个核衰变而其余的核不衰变的几率为（即泊松分布公式 ） n n e n n n P -=!)()(
《原子核衰变及半衰期》参考教案
3.2 原子核衰变及半衰期 三维教学目标 1、知识与技能 （1）知道放射现象的实质是原子核的衰变； （2）知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律； （3）理解半衰期的概念。 2、过程与方法 （1）能够熟练运用核衰变的规律写出核的衰变方程式； （2）能够利用半衰期来进行简单计算（课后自学）。 3、情感、态度与价值观：通过传说的引入，对学生进行科学精神与唯物史观的教育，不断的设疑培养学生对科学孜孜不倦的追求，从而引领学生进入一个美妙的微观世界。 教学重点：原子核的衰变规律及半衰期。 教学难点：半衰期描述的对象。 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。 教学过程： （一）引入新课 同学们有没有听说过点石成金的传说，或者将一种物质变成另一种物质。那有没有真的（科学的）能将一种物质变成另一种物质呢？有（大声，肯定地回答）这就是我们今天要学习的放射性元素的衰变。 我们已经知道，原子由什么微粒组成啊？ 学生回答：原子由原子核与核外电子组成。 点评：由原来的知识引入新课，对新的一章有一个大致的了解。 教师：那原子核内部又是什么结构呢？原子核是否可以再分呢？它是由什么微粒组成？用什么方法来研究原子核呢？
学生思考讨论。 点评：带着问题学习，激发学习热情 教师：人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的。 1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。 居里和居里夫人在贝克勒尔的建议下，对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她的祖国波兰而命名为钋（Po），另一种命名为镭（Ra）。 学生一边听，一边看挂图。 点评：配合挂图，展示物理学发展史上的有关事实，树立学生对科学研究的正确态度。 一．天然放射现象的发现 （1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．具有放射性的元素称为放射性元素．（2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．学生一边听，一边看书。 二．放射线的本质 教师：那这些射线到底是什么呢？这就激发着人们去寻求答案：把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经 过的空间施加磁场，发现射线如图所示：（投影） 思考与讨论：