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(shuō)應(yīng)為放射性核素）是能夠自發(fā)地從不穩(wěn)定的原子核內(nèi)部放出粒子或射線（如α射線、β射線、γ射線等），同時(shí)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(zhì)稱為放射性，這一過(guò)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(diǎn)石成金”之術(shù)，他們妄想把一些普通的礦石變成黃金。當(dāng)然，這些煉金術(shù)之士的希望都破滅了，因?yàn)樗麄儾恢酪环N物質(zhì)變成另一種物質(zhì)的根本在于原子核的變化。不過(guò)，類似于“點(diǎn)石成金”的事情一直就在自然界中進(jìn)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?cè)雍朔懦靓亮Ｗ踊颚铝Ｗ?，由于核電荷?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(gè)α粒子后，核的質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，稱為新核。這個(gè)新核就是鍍—234核。這種衰變叫做α衰變。這個(gè)過(guò)程可以用下面的衰變方程表示：23892U→23490Th+42He。在這個(gè)衰變過(guò)程中，衰變前的質(zhì)量數(shù)等于衰變后的質(zhì)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(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒。在α粒子中，新核的質(zhì)量數(shù)于原來(lái)的新核的質(zhì)量數(shù)有什么關(guān)系

3、？相對(duì)于原來(lái)的核在周期表中的位置，23892U在α衰變時(shí)產(chǎn)生的23490Th也具有放射性，它能放出一個(gè)β粒子而變?yōu)?3491Pa（鏷）。由于電子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量小得多，因此，我們可以認(rèn)為電子的質(zhì)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(gè)電子后，因?yàn)槠渌プ兦昂箅姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒，新核的質(zhì)量數(shù)不會(huì)改變但其電荷數(shù)應(yīng)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(shí)質(zhì)在于核內(nèi)的中子數(shù)（10n）轉(zhuǎn)化為了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子。其轉(zhuǎn)化方程為10n→11H+0—1e，這種

4、轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外，就是β粒子；與此同時(shí)，新核少了一個(gè)中子，卻增加了一個(gè)質(zhì)子。所以，新核質(zhì)量數(shù)不變，而電荷數(shù)增加1。2個(gè)中子和2個(gè)質(zhì)子能十分緊密地結(jié)合在一起，因此在一定的條件下他們會(huì)作為一個(gè)整體從較大的原子核中被拋射出來(lái)，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(jí)，同樣是能級(jí)越低越穩(wěn)定。放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時(shí)，往往蘊(yùn)藏在核內(nèi)的能量會(huì)釋放出來(lái)，使產(chǎn)生的新核處于高能級(jí)，這時(shí)它要向低能級(jí)躍遷，能量以γ光子的形式輻射出來(lái)。因此，γ射線經(jīng)常是

5、伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的。當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時(shí)就會(huì)伴隨著γ輻射。這時(shí)，放射性物質(zhì)發(fā)出的射線中就會(huì)同時(shí)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(jīng)過(guò)α衰變?yōu)獒暋?18，如果隔一段時(shí)間測(cè)量一次氡的數(shù)量級(jí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，每過(guò)3.8天就有一半的氡發(fā)生衰變。也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)第一個(gè)3.8天，剩下一半的氡，經(jīng)過(guò)第二個(gè)3.8天，剩有1/4的氡；再經(jīng)過(guò)3.8天，剩有1/8的氡。因此，我們可以用半衰期來(lái)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(shí)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(shí)間為3.8天，鐳—226衰變?yōu)殡薄?22的時(shí)間為1620年，鈾—238衰變?yōu)殄儭?34的半衰期竟長(zhǎng)達(dá)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(gè)的微觀世界是不可預(yù)測(cè)的”，即對(duì)于一個(gè)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(shí)發(fā)生衰變。一個(gè)特定的氡核可能在下1s就衰變，也可能在10min內(nèi)發(fā)生衰變，也可能在200萬(wàn)年之后再衰變。然而，量子理論可以對(duì)大量原子核的行為做出統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)。例如，

7、對(duì)于大量氡核，可以準(zhǔn)確地預(yù)言在1s后，10min后，或200萬(wàn)年后，各會(huì)剩下百分之幾沒(méi)有衰變。放射性元素的半衰期，描述的就是這樣的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)核外部條件都沒(méi)有關(guān)系。一種放射性元素，不管它是以單質(zhì)的形式存在，還是與其他元素形成化合物，或者對(duì)它施加壓力、提高溫度，都不能改變它的半衰期。這是因?yàn)閴毫?、溫度與其他元素的化合等，都不會(huì)影響原子核的結(jié)構(gòu)。