核技术与核安全课程作业
稳定同位素技术的发展及其应用 原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子称为同位素，它们处在周期表上的同一位置，可分为稳定性同位素和放射性同位素。放射性同位素的原子核是不稳定的，它通过自发的放出粒子而衰变成另一种同位素。而不具有放射性的同位素称为稳定同位素，其中一部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物，称为放射成因同位素；另一部分是天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定，迄今为止还未发现它们能够自发衰变形成其他同位素。自然界中共有1700余种同位素，其中稳定同位素有270余种。有的元素由很多的稳定同位素组成，如第50号元素锡含有10个稳定同位素；而有的稳定同位素却仅仅只有一个稳定同位素，如元素氟、钠等。
稳定同位素较放射性同位素具有安全、无污染、易控制的优点，在地质、生态、医药、农业等领域研究中得到广泛应用。
1.稳定同位素技术的发展过程
稳定同位素的发现比放射性同位素要晚一些，1912年汤姆孙用电磁分析器（近代质谱计的雏形）才第一次确定了氖-20和氖-22的存在；1927年发现了氧的稳定同位素O17和O18；1932年发现了重氢（D）。1936年尤里等用精馏法从水中富集了O18，随后又用化学交换法富集了Li8，C13，N15和S34，不但证实了早年发表过的有关分离的计算理论，同时也发现了化学交换法对大量分离轻同位素很合适的。与此同时也采取了几种物理方法分离了若干种同位素。
在1930-1941年期间稳定同位素分离还处于探索阶段，此时尚无工业规模的生产，少量分离物只是提供研究同位素本身的核性质以及作为示踪原子用。到20世纪50年代后期，由于科学技术的进步及稳定同位素特殊性质的逐步显示，才使之得以迅速发展。我国稳定同位素的研制工作起步于50年代中，60年代首先在农业上获得应用。之后，在医药学中的应用也取得初步成果。目前，我国已有一支稳定同位素的研究、生产机应用的技术队伍，个别产品进入了国际市场。
一、放射性同位素的来源：
1、大气圈：7Be(T=53d)、 3H(T=12a)、
32Si(T=300a)、 14C(T=5730a)
26Al(T=0.75× 106a)、 10Be(T= 1.5× 106a)
210Pb(T=22a)
具有宇宙成因，随大气降水降落地表和海洋，通过水柱最终进入海底沉积物。
途径：1、先为生物所摄取如（ 14C 、 32Si ），生物死亡后随生物 介壳沉向海底。
2、为颗粒物吸附，然后共同沉向海底。如230Th
2、陆源：来自岩石风化，通过地表径流随大气降水降落地表和海洋，通过水柱最终进入海底沉积物。如U-Th体系。
3、海洋来源：海底玄武岩、海底沉积物及海底喷口
二、放射性同位素测年历史
• 1908年爱尔兰J.乔利最先发现海洋沉积物中铀系存在着放射性不平衡，这就为利用放射性同位素衰变规律测定海洋沉积物的年代提供了理论基础。
• 1936年苏联Л.М.库尔巴托夫开始用226Ra测定喀拉海锰结核的年龄。
• 1942年美国C.S.皮戈特和W.D.尤里用226Ra 测定大洋沉积物的年龄和沉积速率。
此后在海洋沉积物年代测定上又采用 14C法、 230Th／232Th法、 210Pb法、10Be法等等。
三、 放射性同位素测年基本原理
任何放射性同位素都以其特有的恒定速度产生衰变，并且不受地球产生的高温、高压和电磁场变化的干扰，也不依赖于其化学状态。当海洋沉积物沉积时放射性元素以一定的形式进入沉积物中，随着时间的推移，放射性元素即遵循放射性衰变定律进行自发的衰变。
四各种测年方法
四、铀系不平衡法年龄测定
• 铀系不平衡法年龄测定
• 放射性碳法(14C)
• 铷-锶法（Rb-Sr）
• 钾-氩法（K-Ar）
讲授课题 认识同位素
使用教材 无机化学 教学课时 45分 授课教师 李 睿
出版社 高等教育出版社 章节 第一部分任务四 授课地点
教学目标 知识与技能：
(1)知道原子构成的初步知识;
(2)知道元素符号角标的意义;
(3)知道构成原子的粒子间的关系;
(4)知道同位素的概念。
过程与方法：
认识空间想象、分析推理的方法,学习对所学知识进行运用。
情感态度与价值观：
(1)通过原子中不同电性粒子间的关系,懂得原子是一个矛盾的对立统一体;
(2)懂得物质的结构决定物质的规律的思想。
重点难点 教学重点：构成原子的粒子间的关系,同位素的概念。
教学难点：同位素的概念。
课的类型 理 论 课 教学模式 理论实践一体化
教学方法 直观演示，启发诱导，讲练结合
设计思想 教材先介绍原子的构成,通过原子中的微粒引出同位素概念。这样的安排使学生思路清晰、流畅。原子的结构比较抽象,要用比喻方法等让学生形象思考,适当利用多媒体图片使其形象具体。在设计方案过程中尽量调动激活学生的思维。层层设问,学生不时产生认知冲突。
教 具 投影仪、计算机
课程辅助
设备 模型、资料
教学过程
教 学 内 容 教学设计 设计意图 时间
分
散
系 组织教学
师生互敬问候，记录考勤，安定课堂教学秩序，准备授课。
学生：完成知识准备，准备讲解。
教师：收集资料，准备实物模型，设计问题以学案形式展出 师生共同 做好课前准备
课题
导入 请大家说出构成原子的粒子有哪些?它们怎样构成原子? 教师设疑
学生思考 引导学生回顾知识,直奔主题。
3’
教
学
过
程
【展示】原子核的结构图片和原子中各微粒的结构关系。
原子是由原子核和核外电子构成的。【回答之前引导问题】
原子核居于原子中心，带正电荷，电子在原子核周围空间高速运动，带负电荷。
地球化学中的稳定同位素
稳定同位素是指在自然界中，核外电子数量相同，但质子数或中子数不同的同一元素的不同类型。在地球化学中，稳定同位素可以用于探究地球和生命的起源和演化，研究大气、水体和岩石圈的物质循环和生态系统的结构与功能。下面本文将探讨稳定同位素在地球化学中的应用和意义。
一、稳定同位素的定义和特征
同一元素的同位素结构、化学性质近似，只有不同中子数的核能够区分它们。一般地，同位素的质量数是它的质子数和中子数的和，所以同位素的质量通常都不是整数。而稳定同位素是相对于不稳定同位素而言的。
稳定同位素相对不稳定同位素，在核的构成上有较高的稳定性以及质量数成正比增大。在地球化学中，常用稳定同位素作为指示地球环境的工具。其主要特征是原子核中的质子和中子的比值稳定，不会发生α、β、γ衰变。
二、稳定同位素在地球化学中的应用
地球化学中的很多研究都需要利用稳定同位素进行探究。如下是一些稳定同位素在地球化学中的应用：
1.碳同位素
碳由两种同位素构成，即碳-12和碳-13，其中碳-12占总碳的98.9%。在生态系统中，生物体对不同碳同位素的利用、转换过程与环境变化密切相关，因此，研究碳同位素在生态系统中的地位和作用，可对生态学、环境保护和气候变化等问题提供重要的参考。
2.氧同位素
氧同位素主要包括氧-16、氧-17和氧-18。在水文地球化学中，氧同位素是水循环研究中的重要因素。依据氧同位素的比例、分布可以判断水来源，搞清水的运移路径。同时因为不同温度条件下氧同位素比例存在一定的差异，所以也可以在探究过去的气候变化时提供参考。
3.硫同位素
硫同位素有三种，分别为硫-32、硫-33和硫-34。硫有广泛的利用价值，包括石油和天然气、硫酸等化工品生产，和生物活性。硫同位素对矿床研究也有很大的帮助。
4.氢同位素
常见的氢同位素有氢-1、氘和氚。氢同位素的存在可以反映一些重要环境参数，如降水来源、植物的水分来源等。同时，氢同位素还可以用于考察化石水的来源和多层储层的性质等。
