拉塞福假设.ppt

1900年，貝克勒證明β射線為電子。 1900年，維拉德發現另一種不受磁塲偏折，且穿透力極強的放射線，後來由拉塞福命名為γ射線。 1909年，拉塞福證明α粒子是帶正電的氦離子。 (a) α衰變： 原子核產生α衰變後，其核內的質子數和中子數各減少兩個，故原子序減 2，而質量數減 4，可以下列的核反應式表示之： (b) β衰變： 在β衰變中，中子會轉變成質子，另外生成電子和反微中子。 當原子核產生β衰變後，其核內的中子數減少一個，但質子數增加一個，故其原子序加 1，但質量數不變，可以下列的核反應式表示之： 例如： (c) γ衰變： γ 射線是高能量的光子。當原子核的能態從高能階躍遷至低能階時，就會將兩能階的差值，以光子的形式釋放出來。 通常原子核在產生α 或β衰變時，都會伴隨γ射線的放射。 原子核產生γ衰變時，其原子序和質量數都不會改變。 (3) 原子核反應方程式： 利用類似化學反應方程式的方式來說明原子核的變化情形 遵守電荷守恆及質量數守恆，即反應前的電荷總和及質量數總和在反應後須保持不變，但質量不守恆。 (4) 自發衰變： 原子序大於 82（鉛）的元素，由於質子數太多，彼此強大的靜電排斥力，使得原子核（稱為母核）不穩定，會經一系列的α、β、γ衰變，而成為較穩定的原子核（稱為子核）。這些自發衰變，可區分成四種系列： 系列名稱 原子核質量數 起始母核 最終穩定核 釷系列 4n 錼系列 4n + 1 鈾系列 4n + 2 錒系列 4n + 3 例題：原子核作一次α-衰變時，其原子序減少 2，質量數減少 4；作一次β-衰變時，原子核內一中子放出一電子後變成一質子，因此質量數不變，但原子序增加 1。一 23892U（鈾）原子核衰變成 20682Pb（鉛）原子核。途中產生α-衰變和β-衰變的次數分別為 (A)8次和3次 (B)3次和5次 (C)5次和6次 (D)8次和6次 (E)5次和3次。 [72.日大] 答案：D 2. 半衰期： (1)放射性元素的衰變定律： 原子核衰變的發生是一種機率性的過程，我們無從預測那一個原子核，在哪一時刻會發生衰變，每一次衰變都是獨立事件，且不受溫度和化學作用的影響。 從統計學上來看，如果原子核的數目夠大，則每隔一定的時間間隔，將有半數的原子核發生衰變，此時間間隔稱為半衰期，以τ或 T1/2表示。 如某一放射性元素的半衰期為τ，原來有 N0 個放射性原子核，經過時間 t 後，該放射性元素所剩尚未衰變的原子核個數 N，則 (2) 以放射性元素的濃度測年代： 利用標本內某一放射性元素的現存濃度和起始濃度的比值，便可計算出標本所經歷的時間。 對有機的生物體而言，14 C（碳14）被選作為測定年代的放射性元素，其半衰期約為 5730年。 在地球的大氣中，碳 12 和碳 14，兩者的濃度比值約為 1.3 × 10 -12 ，碳 14 因衰變而減少，但是來自外太空的宇宙射線，將空氣中的氮轉變為碳14，使碳 14 獲得源源不斷的補充，因此大氣中兩者的濃度比值得以保持一定。 有機生物體經光合作用或呼吸作用，使體內碳同位素的濃度與大氣環境相同。 當有機體死亡，體內的碳 14 含量因衰變而漸減，碳 12 的濃度則無變化，以致兩者的濃度比值隨時間而逐漸衰減。測得生物體內現存兩者的濃度比值，就可計算出該生物體死亡後所經歷的時間。 例題：設某放射性元素之半生期為 2 天，則該元素每一原子經過一天即行蛻變之機率為 _________。 [79.日大] 例題：在活的生物體內，同位素 14C 與 12C 含量的比值為 10 -13。現有一古生物，其 14C 與 12C 與含量之比值為1.25×10 -14。已知 14C 的半生期為 5730年，則此古生物死時距今為 ________ 年。 [87.日大] 答案：17190 §12-6 原子核的分裂與核能 1. 人工蛻變： 1919年，拉塞福以α粒子撞擊氮核，結果產生氧和氫的原子核，此為首次的人工蛻變。 1934年，朱里歐-居禮夫婦以α粒子撞擊鋁核，產生不穩定的磷 31，很快的衰變為磷 30，並放出中子。磷 30會持續放出正電子和微中子。且在自然界並不存在，為首次以人工方式產生的放射性同位素。 義大利人費米發現以慢中子（又稱為熱中子）轟擊原子核，要比快速中子有效。以慢中子撞擊鈾核（Z = 92）時，鈾核進入不穩定的激發態，經由β衰變為第一個原子序為 93 的超鈾元素。此為首次以人工方法製造出比當時所知最重元素還重的人工元素。 2. 原子核分裂： 1939年德國人哈恩發表核分裂的實驗結果。鈾 235 有多種分裂方式，主要分裂成兩個質量不相等的原子核，