放射性

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放射线的标志。Unicode所收录的编码为U+2622(

放射性是指元素从不稳定的原子核自发地放出射线,(如α射线β射线γ射线等)而衰变形成稳定的元素而停止放射(衰变产物),这种现象称为放射性。衰变时放出的能量称为衰变能量原子序数83)或以上的元素都具有放射性,但某些原子序数小于83的元素(如)也具有放射性。而有趣的是,从原子序93开始一直到锫元素都有一个特性:原子序是偶数的,半衰期都特别长。[来源请求]

衰变

放射性衰变通常都有一定的周期,并且一般不因物理或化学环境而改变,这也就是放射性可用于确定年代的原因。由于一个原子的衰变是自然地发生,即不能预知何时会发生,因此会以机率来表示。假设每颗原子衰变的机率大致相同,例如半衰期为一小时的原子,一小时后其未衰变的原子会剩下原来的二分之一,两小时后会是四分之一,三小时后会是八分之一。

原子的某些衰变会产生出另一种元素,并会放出α粒子β粒子中微子,在发生衰变后,该原子也会释出伽马射线。衰变后的实物粒子静止质量的总合会少于衰变前实物粒子静止质量的总和,根据质能方程,能量可以表现出质量。当物体的能量增加E,其质量则增加E/C²,当物体的能量减少E,其质量也减少E/C²,如果一个原子核衰变后放出实物粒子,假设该原子核在衰变前相对于某一贯性参照物静止,衰变后的新原子核和所放出的实物粒子相对于该惯性参照物运动,即对于该惯性参照物而言,新原子核和所放出的实物粒子具有动能,当新原子核或所放出的实物粒子与其他粒子发生碰撞,它便会失去能量。因此,衰变前和衰变后质量和能量都是守恒的,粒子的静止质量则不守恒。如果该原子核放出光子,同样的,光子也具有质量,但没有静止质量。通常衰变所产生的产物多也是带放射性,因此会有一连串的衰变过程,直至该原子衰变至一稳定的同位素。

发生核衰变的放射性元素有的是在自然界中出现的天然放射性同位素,如碳14,但其衰变只会经过一次β衰变转为14原子,并不会一连串地发生。也有很多是经过粒子对撞等方法人工制造的元素。

衰变类型

放射性原子核能以许多不同的形式进行衰变以使自身达到更稳定的状态。下表中总结了主要的几种衰变类型。一个质量数A原子序数Z的原子核在表中描述为(A, Z),“子核”一栏以这种描述方式指出母核衰变后产生的子核与母核的不同。例如,(A,−,1,Z)意为“子核质量数比母核少1(即少一个核子),而原子序数比母核多1(即多一个质子)”。

衰变类型 参与的粒子 子核
伴随核子发射的衰变类型:
α衰变 原子核中放射出一个阿尔法粒子A = 4,Z = 2)的衰变类型 A − 4,Z − 2)
质子发射 原子核中放射出一个质子p)的衰变类型 A − 1,Z − 1)
中子发射 原子核中放射出一个中子n)的衰变类型 A − 1,Z
双质子发射 原子核中同时放射出两个质子的衰变类型 A − 2,Z − 2)
自发裂变 原子核自发地分裂成两个或多个较小的原子核及其他粒子
簇衰变 原子核放射出一簇特定类型的较小的原子核或其他粒子(A1Z1 AA1ZZ1)+ (A1Z1
各种β衰变类型:
β-衰变 原子核中放射出一个电子e
)和一个反电中微子ν
e
)的衰变类型
AZ + 1)
正电子发射β+衰变 原子核中放射出一个正电子e+
)和一个电中微子ν
e
)的衰变类型
AZ − 1)
电子捕获 原子核吸收一个轨道电子并放射出一个中微子的衰变类型(衰变后的原子核以不稳定激发态的形式存在) (AZ − 1)
双β衰变 原子核放射出两个电子和两个反中微子的衰变类型 AZ + 2)
双电子俘获 原子核吸收两个轨道电子并放射出两个中微子的衰变类型(衰变后的原子核以不稳定激发态的形式存在) (AZ − 2)
伴随正电子发射的电子俘获 原子核吸收一个轨道电子,再放射出一个正电子及两个中微子的衰变类型 AZ − 2)
双正电子发射 原子核中放射出两个正电子和两个中微子的衰变类型 (AZ − 2)
同种原子核间的转换:
同质异构转换 激发态原子核放射出高能光子γ射线)的衰变类型 AZ
内部转换 激发态原子核将能量转移至轨道电子上,轨道电子再脱离原子的衰变类型 AZ

天然辐射的产生

  • 放射性元素:能自发地转变为一种或几种核素,同时放出各种类型射线。
  • 放射性水:富含放射性元素的地下水;
  • 放射性微尘:大气中具有放射性的尘埃。
  • 太空宇宙射线

人工辐射的用途

α粒子的穿透力最小,一张纸可挡住。β粒子可由铝屏蔽。伽玛射线穿透力强,必须使用实质性的障碍,例如一层非常厚的铅,但仍然未能完全阻挡。

医学

矿业

  • 放射性选矿

工业

农业

考古

教育及其他

参见

外部链接

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