要點一、原子核的組成

1．天然放射現(xiàn)象——貝克勒爾的發(fā)現(xiàn)

1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾和含鈾的礦物能發(fā)出一種看不見的射線，這種射線能穿透黑紙而使照相底片感光．這種元素白發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫天然放射現(xiàn)象。

物質(zhì)發(fā)射看不見的射線的性質(zhì)稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素．研究發(fā)現(xiàn)，自然界中原子序數(shù)大于或等于

的所有元素，都能、自發(fā)地放出射線；原子序數(shù)小于

的元素，有的也具有放射性．后來居里夫人發(fā)現(xiàn)了兩種放射性很強的元素——釙和鐳．雖然具有天然放射性的元素的種類很多。但它們在地球上的含量很少．

2．對放射線的研究

（1）研究方法：讓放射線通過電場或磁場來研究其性質(zhì)．

把樣品放在鉛塊的窄孔中，在孔的對面放著照相底片，在沒有電場和磁場時，發(fā)現(xiàn)在底片上正對孔的位置感光了．若在鉛塊和底片之間放一對電極或加上磁場，使電場方向或磁場方向跟射線方向垂直，結(jié)果在底片上有三個地方感光了，說明在電場或磁場作用下，射線分為三束，表明這些射線中有的帶電，有的不帶電，如圖甲和乙所示

從感光位置知道，帶正電的射線偏轉(zhuǎn)較小，這種射線叫

射線；帶負(fù)電的射線偏轉(zhuǎn)較大，這種射線叫射線；不偏轉(zhuǎn)的射線叫射線．

（2）各種射線的性質(zhì)、特征

①射線：盧瑟福經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，

射線粒子帶有兩個單位正電荷，質(zhì)量數(shù)為4，即粒子是氦核，速度約是光速的，有較大的動能．

特征：貫穿本領(lǐng)小，電離作用強，能使沿途中的空氣電離．

②射線：貝克勒爾證實，射線是電子流，其速度可達光速的

特征：貫穿本領(lǐng)大，能穿透黑紙，甚至穿透幾毫米厚的鋁板，但電離作用較弱．

③射線是一種波長很短的電磁波——光子流，是能量很高的電磁波，波長

特征：貫穿本領(lǐng)最強，能穿透幾厘米厚的鉛板．電離作用最弱．

3．天然放射現(xiàn)象的意義

天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的．元素的放射性不受單質(zhì)和化合物存在形式的影響．化學(xué)反應(yīng)決定于核外的電子，能量有限，不可能放出

粒子，也不可能放出高速的電子和

光子來，因此三種射線只能是從原子核內(nèi)放出的．說明原子核是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的．

4．原子核的組成

盧瑟福建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，知道核外有帶負(fù)電的電子，原子核內(nèi)有帶正電的物質(zhì)，那么，原子核內(nèi)的構(gòu)成又是怎樣的呢？

（1）質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)．

1919年，盧瑟福又用粒子轟擊氮核，結(jié)果從氮核中打出了一種粒子，并測定了它的電荷與質(zhì)量，知道它是氫原子核，把它叫做質(zhì)子．符號或．以后又從氟、鈉、鋁等原子核中打出了質(zhì)子，所以斷定質(zhì)子是原子核的組成部分．

一開始，人們以為原子核只是由質(zhì)子組成的．但是，這不能正確地解釋原子核的質(zhì)量和原子核所帶的電荷量．如果原子核只是由質(zhì)子組成的，那么，某種原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比，應(yīng)該等于這種原子核的電荷跟質(zhì)子電荷之比．實際上，絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷跟質(zhì)子電荷之比

（2）中子的發(fā)現(xiàn)．

盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子后，預(yù)言核內(nèi)還有一種不帶電的粒子，并給這種還未“出生”的粒子起了一個名字叫“中子”．盧瑟福的預(yù)言十年后就變成了現(xiàn)實，他的學(xué)生查德威克用實驗證明了原子核內(nèi)含有中子，中子的質(zhì)量非常接近于質(zhì)子的質(zhì)量（用粒子轟擊鈹原子核實驗）．

（3）原子核的組成．

原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子．原子核所帶電荷都是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，用Z表示，叫做原子核的質(zhì)子數(shù)，或叫核電荷數(shù)．原子核的質(zhì)量是核內(nèi)質(zhì)子和中子質(zhì)量的總和．由于質(zhì)子和中子質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量近似等于核子質(zhì)量的整數(shù)倍，用這個整數(shù)代表原子核的質(zhì)量，叫做原子核的質(zhì)量數(shù)

5．同位素

原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)決定了元素的化學(xué)性質(zhì)，同種元素的原子質(zhì)子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，所以有相同的化學(xué)性質(zhì)，但它們的中子數(shù)可以不同．

定義：具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子互稱同位素．

例如氫的三種同位素：氕（）、氘（）、氚（）．

要點二、放射性元素的衰變

1．原子核的衰變

天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)．原子核放出粒子或粒子，并不表明原子核內(nèi)有

粒子或粒子（粒子是電子流，而原子核內(nèi)不可能有電子存在），放出后“就變成新的原子核”，這種變化稱為原子核的衰變．

（1）衰變規(guī)律：原子核衰變時，前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒．

（2）衰變方程：

（3）兩個重要的衰變：

①核反應(yīng)中遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化（質(zhì)量虧損）而釋放出核能．

②當(dāng)放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時，原子核中有的發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變．同時伴隨著輻射．

（4）粒子和粒子衰變的實質(zhì)

要點詮釋：在放射性元素的原子核中，

個中子和

個質(zhì)子結(jié)合得比較緊密，有時會作為一個整體從較大的原子核中拋射出來，這就是放射性元素發(fā)生的儀衰變現(xiàn)象．原子核里雖然沒有電子，但是核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子，產(chǎn)生的電子從核內(nèi)發(fā)射出來，這就是

衰變．

粒子實質(zhì)就是氦核，它是由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的．當(dāng)發(fā)生

衰變時，原子核中的質(zhì)子數(shù)減，中子數(shù)也減，因此新原子核的核電荷數(shù)比未發(fā)生衰變時的原子核的核電荷數(shù)少，為此在元素周期表中的位置向前移動兩位．

衰變是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個電子，即粒子放射出去，同時還生成一個質(zhì)子留在核內(nèi)，使核電荷數(shù)增加．但衰變不改變原子核的質(zhì)量數(shù)，所以發(fā)生衰變后，新原子核比原來的原子核在周期表中的位置向后移動一位．

射線是在發(fā)生或衰變過程中伴隨而生，且粒子是不帶電的粒子，因此射線并不影響原子核的核電荷數(shù)，故射線不會改變元素在周期表中的位置．但射線是伴隨或衰變而生，它并不能獨立發(fā)生，所以，只要有射線必有衰變或衰變發(fā)生．因此從整個衰變過程來看，元素在周期表中的位置可能要發(fā)生改變．

2．半衰期

放射性元素具有一定的衰變速率，例如氡經(jīng)衰變后變成釙，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過天后，有一半氡發(fā)生了衰變，再經(jīng)過天后，只剩下四分之一的氡，再經(jīng)天后，剩下的氡為原來的八分之一；鐳

變?yōu)殡钡陌胨テ谑悄辏煌氐陌胨テ谑遣灰粯拥模?/p>

要點詮釋：（1）定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間叫這種元素的半衰期．半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量；不同的放射性元素，其半衰期不同，有的差別很大．

（2）公式：用表示半衰期，與表示衰變前的質(zhì)量和原子核數(shù)，

（3）影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部的因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)（如溫度、壓強）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)、化合物）無關(guān)．

（4）規(guī)律理解：半衰期是個統(tǒng)計概念，只對大量原子核有意義，對少數(shù)原子核是沒有意義的．某一個原子核何時發(fā)生衰變，是不可知的．若樣品中有四個原子核，它們的半衰期為

天，

天后是否有兩個原子核發(fā)生了衰變是無法確定的．

3．核反應(yīng)方程的配平及

衰變次數(shù)的確定方法

（1）核反應(yīng)方程中有兩個守恒規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒．

（2）確定衰變次數(shù)的原理是兩個守恒規(guī)律．

由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個二元一次方程組．

（3）技巧上，為了確定衰變次數(shù)，一般是由質(zhì)量數(shù)的改變先確定儀衰變的次數(shù)，這是因為

衰變的次數(shù)的多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定

衰變的次數(shù)．

（4）幾點說明：①核反應(yīng)過程一般都不是可逆的，所以核反應(yīng)方程式只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接．

②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)兩個守恒杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程．

③核反應(yīng)中遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化（質(zhì)量虧損）而釋放出核能．

④當(dāng)放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時，原子核中有的發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變，同時伴隨著輻射．

要點三、探測射線的方法

1．威耳遜云室

（1）構(gòu)造：主要部分是一個塑料或玻璃制成的容器，它的下部是一個可以上下移動的活塞，上蓋是透明的，可以通過它來觀察和拍攝粒子運動的徑跡，云室里面有干凈的空氣．如圖所示

（2）原理：把一小塊放射性物質(zhì)（放射源）放在室內(nèi)側(cè)壁附近（或放在室外，讓放射線從窗口射入），先往云室里加少量的酒精，使室內(nèi)充滿酒精的飽和蒸氣，然后使活塞迅速向下運動，室內(nèi)氣體由于迅速膨脹，溫度降低，酒精蒸氣達到過飽和狀態(tài)．這時如果有射線粒子從室內(nèi)氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心，凝結(jié)成霧滴，這些霧滴沿射線經(jīng)過的路線排列，于是就顯示出了射線的徑跡．這種云室是英國物理學(xué)家威耳遜于1912年發(fā)明的，故叫威耳遜云室．

（3）放射線在云室中的徑跡．

①粒子的質(zhì)量比較大，在氣體中飛行時不易改變方向．由于它的電離本領(lǐng)大，沿途產(chǎn)生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而粗．

②β粒子的質(zhì)量小，跟氣體分子碰撞時容易改變方向，并且電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少，所以它在云室中的徑跡比較細(xì)，而且常常彎曲．

③γ粒子的電離本領(lǐng)很小，在云室中一般看不到它的徑跡．

④根據(jù)徑跡的長短和粗細(xì)，可以知道粒子的性質(zhì)；把云室放在磁場中，從帶電粒子運動軌跡的彎曲方向，還可以知道粒子所帶電荷的正負(fù)．

2．氣泡室

氣泡室的原理同云室的原理類似，所不同的是氣泡室里裝的是液體（如液態(tài)氫）．控制氣泡室內(nèi)液體的溫度和壓強，使室內(nèi)溫度略低于液體的沸點．當(dāng)氣泡室內(nèi)壓強突然降低時，液體的沸點變低，因此液體過熱，在通過室內(nèi)射線粒子周圍就有氣泡形成，從而顯示射線徑跡．

3．蓋革—米勒計數(shù)器

（1）構(gòu)造：主要部分是蓋革管，外面是一根玻璃管，里面是一個接在電源負(fù)極的導(dǎo)電圓筒，筒的中間有一條接正極的金屬絲．管中裝有低壓的惰性氣體和少量的酒精蒸氣或溴蒸氣，如圖所示

（2）原理：在金屬絲和圓筒兩極間加上一定的電壓，這個電壓稍低于管內(nèi)氣體的電離電壓．當(dāng)某種射線粒子進入管內(nèi)時，它使管內(nèi)的氣體電離，產(chǎn)生電子……這樣，一個射線粒子進人管中后可以產(chǎn)生大量電子，這些電子到達陽極，陽離子到達陰極，在外電路中產(chǎn)生了一次脈沖放電，利用電子儀器可以把放電次數(shù)記錄下來．

（3）優(yōu)缺點．

優(yōu)點：放大倍數(shù)很大，非常靈敏，用它來檢測放射性是很方便的．

缺點：它對于不同的射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同，因此只能用來計數(shù)，而不能區(qū)分射線的種類．如果同時有大量粒子，或兩個粒子射來的時間間隔很短（少于）時，也不能計數(shù)．

4．乳膠照相

放射線能夠使照相底片感光．放射線中的粒子經(jīng)過照相底片上的乳膠時，使乳膠中的溴化銀分解，經(jīng)顯影后，就有一連串的黑點示出粒子的徑跡．

要點四、放射性的應(yīng)用與防護

1．人工放射性同位素

1932年，約里奧·居里和瑪麗·居里用

粒子轟擊鈹、鋁、硼等元素，發(fā)現(xiàn)了前所未見的穿透性強的輻射，后經(jīng)查德威克的研究，確定為中子流．1934年，他們用

粒子轟擊鋁、硼時，除探測到預(yù)料中的中子外，還探測到了正電子．

正電子是科學(xué)家在1923年發(fā)現(xiàn)的，它帶一個單位正電荷，質(zhì)量跟電子質(zhì)量相同．

若拿走

粒子放射源，鋁箔不再發(fā)射中子，但仍不斷地發(fā)射正電子，而且這種放射性跟天然放射性具有相同的性質(zhì)和規(guī)律，也有半衰期．

經(jīng)進一步研究發(fā)現(xiàn)：鋁核被

粒子擊中后發(fā)生了如下一系列核變化．

這一反應(yīng)生成的磷

是磷的一種同位素，具有放射性，它像天然放射性元素一樣發(fā)生衰變，它衰變時放出正電子，衰變方程如下：

這種具有放射性的同位素叫放射性同位素，這是人類第一次得到的人工放射性物質(zhì)，由于這一重大發(fā)現(xiàn)，約里奧·居里夫婦于1935年獲諾貝爾獎．

后來人們用質(zhì)子、氘核、中子、

射線等轟擊原子核，也得到了放射性同位素．天然存在的放射性元素只有四十多種，但用人工方法得到的放射性同位素有一千多種，因而使放射性同位素具有廣泛的應(yīng)用．

2．放射性同位素的應(yīng)用

（1）利用它放射出的射線．

①利用

射線的貫穿本領(lǐng)．利用鈷

放出的很強的

射線來檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼和裂紋，這叫

射線探傷．利用

射線可以檢查

厚的鋼鐵部件．利用放射線的貫穿本領(lǐng)，可用來檢查各種產(chǎn)品的厚度、密封容器中的液面高度等，從而自動控制生產(chǎn)過程．

②利用射線的電離作用．放射線能使空氣電離，從而可以消除靜電積累，防止靜電產(chǎn)生的危害．

③利用

射線對生物組織的物理、化學(xué)效應(yīng)使種子發(fā)生變異，培育優(yōu)良品種．

④利用放射線的能量，轟擊原子核實現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變．

⑤在醫(yī)療上，常用以控制病變組織的擴大．

（2）作為示蹤原子．

把放射性同位素的原子摻到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運動、遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可知道放射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的．我們把用作這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子．示蹤原子有極為廣泛的應(yīng)用：

①在工業(yè)上可用示蹤原子檢查地下輸油管道的漏油情況．

②在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可用示蹤原子確定植物在生長過程中所需的肥料和合適的施肥時間．

③在醫(yī)學(xué)上，可用示蹤原子幫助確定腫瘤的部位和范圍．

④在生物科學(xué)研究方面，放射性同位素示蹤法在生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，它為揭示體內(nèi)和細(xì)胞內(nèi)理化過程的秘密，闡明了生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)起了極其重要的作用．使生物化學(xué)從靜態(tài)進入動態(tài)，從細(xì)胞水平進入分子水平，闡明了一系列重大問題，如遺傳密碼、細(xì)胞膜受體、

逆轉(zhuǎn)錄等，使人類對生命基本現(xiàn)象的認(rèn)識開辟了一條新的途徑．

例如：在給農(nóng)作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，這樣可以知道農(nóng)作物在各季節(jié)吸收含有哪種元素的肥料．利用示蹤原子還可以檢查輸油管道上的漏油位置，在生物學(xué)研究方面，同位素示蹤技術(shù)也起著十分重要的作用．

3．放射性的污染和防護

放射線在我們的生活中無處不在．在合理應(yīng)用放射性的同時，又要警惕它的危害，進行必要的防護．過量的放射性會對環(huán)境造成污染，對人類和自然產(chǎn)生破壞作用．圖示是世界通用的輻射警示標(biāo)志．

（1）放射性污染．

過量的放射性會對環(huán)境造成污染，對人類和自然界產(chǎn)生破壞作用．幾件需要記住的放射性污染是：

①1945年美國向日本的廣島和長崎投了兩枚原子彈，當(dāng)日炸死了十多萬人，另有無數(shù)的平民受到輻射后患有各種疾病，使無辜的平民痛不欲生．

②1987年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的泄露造成了大量人員的傷亡，至今大片領(lǐng)土仍是生物活動的禁區(qū)．

③美國在近幾年的兩次地區(qū)沖突（海灣地區(qū)、科索沃地區(qū)）中大量使用了含有放射性的貧鈾彈，使許多人患有莫名其妙的疾?。?/p>

（2）放射性的危害與防護．

危害

核爆炸

核爆炸的最初幾秒鐘放射出來的主要是強烈的

射線和中子流，這些射線具有很強的穿透能力，對人體和其他生物有很強的殺傷作用

核泄漏

核工業(yè)生產(chǎn)和核科學(xué)研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就會造成嚴(yán)重污染

醫(yī)療照射

醫(yī)療中如果放射線的劑量過大，也會導(dǎo)致病人受到損害，甚至造成病人的死亡

防護

密封防護

把放射源密封在特殊的包殼里，或用特殊方法覆蓋，以防止放射線泄漏

距離防護

距放射源越遠(yuǎn)，人體吸收的劑量就越少，受到的危害就越輕

時間防護

盡量減少受輻射時間

屏蔽防護

在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護作用