放射性元素 (2).doc

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1、放射性元素放射性元素（確切地說應為放射性核素）是能夠自發(fā)地從不穩(wěn)定的原子核內部放出粒子或射線（如α射線、β射線、γ射線等），同時釋放出能量，最終衰變形成穩(wěn)定的元素而停止放射的元素。這種性質稱為放射性，這一過程叫做放射性衰變。含有放射性元素（如U、Th、Ra等）的礦物叫做放射性礦物。不論是東方還是西方，都有一大批人在追求“點石成金”之術，他們妄想把一些普通的礦石變成黃金。當然，這些煉金術之士的希望都破滅了，因為他們不知道一種物質變成另一種物質的根本在于原子核的變化。不過，類似于“點石成金”的事情一直就在自然界中進行著，這就是伴隨著天然放

2、射現(xiàn)象發(fā)生的“衰變”。原子核的衰變原子核放出α粒子或β粒子，由于核電荷數(shù)變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱之為原子核的衰變。鈾—238放出一個α粒子后，核的質量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，稱為新核。這個新核就是鍍—234核。這種衰變叫做α衰變。這個過程可以用下面的衰變方程表示：23892U→23490Th+42He。在這個衰變過程中，衰變前的質量數(shù)等于衰變后的質量數(shù)之和；衰變前的電荷數(shù)等于衰變后的電荷數(shù)之和。大量觀察表明，原子核衰變時電荷數(shù)和質量數(shù)守恒。在α粒子中，新核的質量數(shù)于原來的新核的質量數(shù)有什么關系

3、？相對于原來的核在周期表中的位置，23892U在α衰變時產生的23490Th也具有放射性，它能放出一個β粒子而變?yōu)?3491Pa（鏷）。由于電子的質量比核子的質量小得多，因此，我們可以認為電子的質量為零、電荷數(shù)為—1、可以把電子表示為0—1e。這樣，原子核放出一個電子后，因為其衰變前后電荷數(shù)和質量數(shù)都守恒，新核的質量數(shù)不會改變但其電荷數(shù)應增加1。其衰變方程為：23490Th→23491Pa+0—1e。放出β粒子的衰變叫做β衰變。β衰變的實質在于核內的中子數(shù)（10n）轉化為了一個質子和一個電子。其轉化方程為10n→11H+0—1e，這種

4、轉化產生的電子發(fā)射到核外，就是β粒子；與此同時，新核少了一個中子，卻增加了一個質子。所以，新核質量數(shù)不變，而電荷數(shù)增加1。2個中子和2個質子能十分緊密地結合在一起，因此在一定的條件下他們會作為一個整體從較大的原子核中被拋射出來，于是，放射性元素就發(fā)生了α衰變。原子核的能量也跟原子的能量一樣，其變化是不連續(xù)的，也只能取一系列不連續(xù)的數(shù)值，因此也存在著能級，同樣是能級越低越穩(wěn)定。放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時，往往蘊藏在核內的能量會釋放出來，使產生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，能量以γ光子的形式輻射出來。因此，γ射線經常是

5、伴隨α射線和β射線產生的。當放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時就會伴隨著γ輻射。這時，放射性物質發(fā)出的射線中就會同時具有α、β和γ三種射線。半衰期放射性同位素衰變的快慢有一定的規(guī)律。例如，氡—222經過α衰變?yōu)獒暋?18，如果隔一段時間測量一次氡的數(shù)量級就會發(fā)現(xiàn)，每過3.8天就有一半的氡發(fā)生衰變。也就是說，經過第一個3.8天，剩下一半的氡，經過第二個3.8天，剩有1/4的氡；再經過3.8天，剩有1/8的氡。因此，我們可以用半衰期來表示放射性元素衰變的快慢。放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，

6、叫做這種元素的半衰期。不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差別非常大。例如，氡—222衰變?yōu)獒暋?18的時間為3.8天，鐳—226衰變?yōu)殡薄?22的時間為1620年，鈾—238衰變?yōu)殄儭?34的半衰期竟長達4.5×109年。衰變是微觀世界里原子核的行為，而微觀世界規(guī)律的特征之一在于“單個的微觀世界是不可預測的”，即對于一個特定的氡原子，我們只知道它發(fā)生衰變的概率，而不知道它將何時發(fā)生衰變。一個特定的氡核可能在下1s就衰變，也可能在10min內發(fā)生衰變，也可能在200萬年之后再衰變。然而，量子理論可以對大量原子核的行為做出統(tǒng)計預測。例如，

7、對于大量氡核，可以準確地預言在1s后，10min后，或200萬年后，各會剩下百分之幾沒有衰變。放射性元素的半衰期，描述的就是這樣的統(tǒng)計規(guī)律。放射性元素衰變的快慢是由核內部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)核外部條件都沒有關系。一種放射性元素，不管它是以單質的形式存在，還是與其他元素形成化合物，或者對它施加壓力、提高溫度，都不能改變它的半衰期。這是因為壓力、溫度與其他元素的化合等，都不會影響原子核的結構。