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1、19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,19.2放射衰變與放射性同位素的應用,熱 身 衰變三式 放射衰變的特性 人工放射性同位素的應用 進度評估 2,1,2,3,?,?,?,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？,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。,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,
2、衰變 粒子 = 電子,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,1衰變三式,a 衰變,鈾-238 母核,釷-234 子核,氦-4 ( 粒子),衰變產物,質子,中子,19.2 放射衰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,234,90,U,238,92,Th,+,He,4,2,238 = 234 + 4,92 = 90 + 2,鈾-238 母核,92p,146n,90p,144n,2p,2n,釷-234 子核,氦-4（ 粒子）,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,1衰變三式,a 衰變,原子序數 -2,質量數 -4,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,
3、1衰變三式,b 衰變,釷-234 母核,鏷-234 子核,電子 e- （ 粒子）,衰變產物,質子,中子,質量 0,90 = 91 + (1),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,p,n,e-,質量 0,19.2 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,具多餘的能量,衰變產物,能量,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,Th*,234,90,+,Th,234,90,具多餘的能量,19.2 放射衰變與放射性同位
4、素的應用,1衰變三式, 衰變,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,1衰變三式,鐳-226 的 衰變,模擬程式,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,1衰變三式,放射性,穩定,d衰變系,釷-232 的衰變系,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,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,實驗 19a,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,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
5、線上。,擲骰次數,衰變曲線：,尚未衰變,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,尚未衰變,尚未衰變的數目 衰變的數目 衰變速率,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,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,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,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 12.5,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,2放射衰變的特
6、性,半衰期 = 一半核素衰變了所需的時間 = 放射強度減半所需的時間,c半衰期,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,2放射衰變的特性,1620 年,1 個半衰期,3240 年,2 個半衰期,4860 年,3 個半衰期,40 106,20 106,20 106,10 106,30 106,5 106,35 106,106 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,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的種類,用途：,c半衰期
7、,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,c半衰期,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,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,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：
8、UKAEA）,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）,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,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,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,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
9、的半衰期是 8 天 4某放射源的放射強度開始時,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,A20 BqB30 Bq C50 BqD80 Bq,1本底輻射是多少？,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。,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
10、碘有_會衰變掉。,未衰變,一半,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,所以，在 24 天內有_的碘衰變掉。,14 g,8,8,12,4,14,2,19.2 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？,40 小時內：600 Bq 150 Bq,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
11、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,150,600,2,2,20 小時,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,完 結,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。,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：,Z,X,A,A,Z,Ra,22
12、6,88,X,+,He,4,2,226 = A + 4,88 = Z + 2,A = 222,Z = 86,及, X 應是氡-222,根據週期表,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,返 回,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？,Th,232,90,Ra,228,88,Ac,228,90,Th,228,19.2 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,子核的質量數便保持不變，,但原子序數則
13、加 1。,因此，,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？,Th,232,90,Ra,228,88,Ac,228,90,Th,228, 輻射並不會影響質量數,所放射出的 粒子的數量,=,(232 208),4,= 6,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,返 回,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
14、多少？,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。,1,2,2,天 = 60 小時 = 4 15 小時（即 4 半衰期）,800 Bq,15 小時,400 Bq,15 小時,200 Bq,15 小時,100 Bq,15 小時,50 Bq,2.5 天後，樣本的放射強度減弱到 50 Bq 。,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。,1,2,2,天 = 60 小時 = 4 15 小時,另解：,= 50 Bq,= 800 / 16,24 = 1
15、6,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,返 回,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某放射性樣本在一段時間內的放射強度。,(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。,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,(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。,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,(b) 樣本的初放射強度 = 380 - 30 = 350 次分鐘,一個半衰期後預計的計數率 = 350/2 + 30 = 205 次分鐘,因此，半衰期是 1 小時。,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,返 回,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,例題 5,厚度計,下圖為一部厚度計。圖中的蓋革彌勒計數器可以探測到厚度的任何變化，從而調整滾輪施加的壓力，保持金屬箔的厚度不變。,移動方向,滾輪,蓋革彌勒計數器,放射源,金屬箔,19.2 放射衰變與放射性同位素的應用,例題 5,厚度計,(a)蓋革彌勒計數器的讀數增加，表示金屬箔有甚麼變化？,蓋革彌勒計數器的讀數增加，表示金屬箔比正常薄了。,滾輪,蓋革彌勒計數器,放射源,19.2 放射衰變與放射性同位素
