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 在放射性核素衰變時，有甚麼會發生？   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：________________ 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

Y 子核輻射 1 衰變三式原子核衰變後，會變成另一種元素的原子核。衰變 X 母核衰變產物=子核+衰變過程中發射出來的粒子 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

 粒子  粒子 射線 1 衰變三式  衰變  粒子 = 氦原子核 衰變  粒子 = 電子 輻射 射線（伽瑪射線） =高能的電磁波 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

2p 90p 92p 2n 144n 146n 1 衰變三式 a  衰變氦-4 (粒子) 釷-234 子核鈾-238 母核衰變產物質子中子 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

1 衰變三式 a  衰變 2p 92p 90p 2n 146n 144n 氦-4（ 粒子）釷-234 子核鈾-238 母核 238 = 234 + 4 U Th + He 238 234 4 92 90 2 92 = 90 + 2 上面的數目及下面的數目均左右平衡 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

238 = ? + 4 U Th + He 238 234 4 92 90 2 92 = ? + 2 X Y + He A 4 A4 Z 2 Z 2 1 衰變三式 a  衰變質量數  -4 原子序數  -2 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

e 0 1 91p 143n 234 = 234 + 0 n p e- 90p 144n -1 +1 +1 Th Pa + e 234 234 ? 90 91 ? 1 衰變三式 b 衰變衰變產物電子 e- （粒子）鏷-234 子核釷-234 母核質量  0 質子中子 90 = 91 + (1) 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

X Y + e A A 0 1 Z Z+ 1 1 衰變三式 b 衰變質量 0 e- n p 質量數不變原子序數 +1 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

90p 釷-234 釷-234 144n 90p 144n 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

 X* X + A A Z Z 1 衰變三式 c 輻射 Th* +  Th 234 234 90 90 具多餘的能量質量數不變原子序數不變 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

2p 2n 衰變 e- p n 輻射能量 X Y + He  X* X Y X + + e A 4 A4 A A A A 0 Z 2 Z 2 1 Z Z Z+ 1 Z 1 衰變三式  衰變 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

? 問　題例題 1 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

     ? U Th Pa U Pb 238 234 234 234 206 問　題 92 90 91 92 82 例題 2 1 衰變三式 d 衰變系 … 穩定放射性釷-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 a 隨機特性這次會擲得「1」嗎？這刻會發生衰變嗎？放射衰變是隨機地（或無規地）發生的。 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

實驗 19a 放射衰變——擲骰類比錄像片段擲得「1 」代表衰變了  拿走尚未衰變的數目如何改變？ 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

100  80  60   40     20   0 2 4 6 8 10 2 放射衰變的特性 a 隨機特性尚未衰變衰變曲線：由於衰變結果是隨機的，點並不正正落在曲線上。擲骰次數 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

 100  80  60    40     20 0 2 4 6 8 10 2 放射衰變的特性 b 衰變速率尚未衰變尚未衰變的數目 衰變的數目 衰變速率 擲骰次數 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

2 放射衰變的特性 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

 100  80  60    40     20 0 2 4 6 8 10 2 放射衰變的特性 c 半衰期尚未衰變 3.5次投擲後： 100  50 +3.5次投擲後： 50  25 +3.5次投擲後： 25  12.5  半數衰變所需的時間是固定的。擲骰次數 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 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

0 2 放射衰變的特性注意: 原子核（母核和子核）的總數永遠保持不變。 c 半衰期 106鐳-226（未衰變） 106 鐳-222（已衰變） 1 個半衰期 2 個半衰期 3 個半衰期時間 1620 年 3240 年 4860 年 40  106 20  106 10  106 5  106 0  106 20  106 30  106 35  106 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 半衰期用途：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 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

？？問題問題例題 3 例題 4 2 放射衰變的特性 c 半衰期鈉-24 的放射強度模擬程式找出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

3 人工放射性同位素的應用 嬗變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)。 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（相片提供：Prince of Wales Hospital/Dept. of Clinical Oncology）（相片提供：UKAEA）放射療法 () 消毒 () 示蹤物 (，數日) 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（相片提供：UKAEA）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) 厚度計 (， >103年) 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 農業考古學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) 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

? 問　題例題 5 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 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…… 1本底輻射是多少？ A 20 Bq B 30 Bq C 50 Bq D 80 Bq 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…… 8 天後 16 天後 24 天後開始 16 g 未衰變的碘 _____克未衰變的碘 _____克未衰變的碘 _____克衰變產物 _____克未衰變的碘 _____克衰變產物 _____克衰變產物 8 12 14 8 4 2 14 g 所以，在 24 天內有_________的碘衰變掉。 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

Q4 某放射源的放射強度開始時…… 40 小時內：600 Bq 150 Bq 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= ____ 減半 150 600 2 因此，40 小時等於_____個半衰期，而一個半衰期為_________。 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

Ra Rn + He 226 222 4 88 86 2 例題 1 鐳-226 的衰變 X 設為子核的核素。那麼  衰變的方程式可以寫成： A Z Ra X + He 226 A 4 88 Z 2 226 = A + 4 88 = Z + 2 及 A = 222 Z = 86 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

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Z 236 Th 232 Ac Th 228 Ra 224 220 A 87 88 89 90 91 例題 2 釷-232 的衰變系釷-232的衰變系： … Th Ra Ac Th 232 228 228 228 90 88 89 90 (a) 衰變系中每一步放出了甚麼粒子？ 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

… Th Ra Ac Th 232 228 228 228 90 88 89 90 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 … Th Ra Ac Th 232 228 228 228 90 88 89 90 (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？  輻射並不會影響質量數  所放射出的粒子的數量  (232  208) = 6 = 4 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？ 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 天 = 60 小時 = 4  15 小時（即 4 半衰期） 2 15 小時 15 小時 800 Bq 400 Bq 200 Bq 15 小時 15 小時 100 Bq 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

1 60 小時後的放射強度 = 800  ( )4 2 例題 3 鈉-24 的放射強度另解：每經過 15 小時，鈉-24 的放射強度就減半。 1 2 天 = 60 小時 = 4 15 小時 2 24 = 16 = 800 / 16 = 50 Bq 19.2 放射衰變與放射性同位素的應用

每分鐘次數 400 300 200 100 3 0 1 2 4 5 6 7 8 時間／小時例題 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

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