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放射性衰变

放射性衰变,不稳定原子核自发地放射出射线而转变为另一种原子核的过程。

在绝大多数的核素是不稳定的,它们会自发的锐变,变成另一种核素,同时放出各种射线,这就叫做放射性衰变

其中包括α,β,γ等衰变

原子核自发地放射各种射线的现象称为放射性。在磁场中研究放射性射线的性质时,发现放射性射线主要是由α,β,γ三种射线组成。

能自发地放射各种射线的同位素称为放射性同位素。放射性同位素射出各种射线而发生核转变的过程称为放射性衰变。衰变前的放射性同位素称为母体,衰变过程中产生的新同位素称为放射成因同位素,或叫做子体。

在放射性衰变过程中,母体的原子数目随时间不断减少,子体的原子数则不断增加。若放射性母体经过一次衰变就转变成一种稳定的子体,称为单衰变。有时,放射性母体可经历若干次衰变,每次衰变所形成的中间子体都是不稳定的,本身又会发生衰变,一直持续到产生稳定的最终子体为止,这种衰变叫做连续衰变。由这样的一个放射性母体、若干个放射性中间子体和一个最终稳定子体所形成的衰变链称作衰变系列。大多数放射性同位素是按一种母体只转变成另一种子体的方式发生衰变。少数放射性同位素可以有两种或多种衰变方式,形成不同的子体,即一种母体能同时产生两种子体,这样的衰变称为分支衰变。自然界中这几种衰变类型都存在。

在放射性衰变过程中,放射性母体同位素原子数衰减到原有数目的一半所需要的时间称为半衰期,记作T1/2。放射性母体同位素在衰变前所存在的平均时间称为平均寿命,记作τ。半衰期是放射性同位素衰变的一个主要特征常数,它不随外界条件、元素状态或质量变化而变,放射性同位素的半衰期的长短差别很大,短的仅千万分之一秒,长的可达数百亿年,半衰期愈短的同位素,放射性愈强。

放射性同位素衰变方式主要有:

1.α衰变

原子核自发地放射出α粒子而转变成另一种核的过程叫做α衰变。对于天然放射性同位素而言,只有质量数A大于140的重原子核才能产生α衰变,特别是原子序数Z大于82和质量数A大于209的放射性同位素,都以α衰变为主。α衰变的通式为:

2.β衰变

β粒子有正、负电子之分,放出正电子的称β衰变,放出负电子的为β衰变。β衰变的通式,

3.K轨道电子捕获

原子核从核外K层捕获一个轨道电子的过程称为轨道电子捕获。其通式是:

K捕获和β衰变所产生的子体是相同的,究竟发生那一类衰变,取决于衰变前后能量的变化。

4.γ衰变

γ射线是从原子核内部放出的一种电磁辐射,常伴随α或β射线产生。γ衰变的母体和子体是同种同位素,只是原子核内部能量状态不同而已。γ衰变亦可称为同质异能跃迁。

5.核裂变

重核分裂成两个或几个中等质量的碎片,同时发射出中子和能量的过程称为原子核裂变。自发裂变是在没有外来粒子轰击的情形下自行发生的核裂变,它同样可用半衰期来衡量裂变发生的难易程度。自然界的自发裂变仅见于铀和钍的同位素。比较α衰变,铀和钍的自发裂变的分支比很小,几乎可以忽略。

诱发裂变是指原子核在外来粒子轰击下发生的裂变。用各种粒子(中子、质子、γ射线等)轰击铀和钍的同位素都可以导致诱发裂变。

前面已经提到,放射性同位素的衰变和裂变的速度是不依赖于外界条件而恒定地进行着。但对单个原子,究竟何时发生衰变则无法预测。对大量的放射性原子核,可以从统计意义上确定其整个原子数量是如何随时间而发生变化的。

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