日期: 2024-01-09 09:00 查看: 102 次编辑导出本文

半衰期

放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。例如氡 222 经过 $\alpha$ 衰变成为钋 218。如图 5.2-4, 横坐标表示时间, 纵坐标表示任意时刻氡的质量 $m$ 与 $t=0$ 时的质量 $m_0$ 的比值。如果隔一段时间测量一次剩余氡的数量就会发现, 每过 $3.8 \mathrm{~d}$就有一半的氡发生了衰变。也就是说，经过第一个 $3.8 \mathrm{~d}$,剩有一半的氡; 经过第二个 $3.8 \mathrm{~d}$, 剩有 $\frac{1}{4}$ 的氡; 再经过 $3.8 \mathrm{~d}$,剩有 $\frac{1}{8}$ 的氡 ……因此, 我们可以用 “半衰期” 来表示放射性元素衰变的快慢。放射性元素的原子核有半数发生衰变
所需的时间, 叫作这种元素的半衰期 ( half life)。
不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。例如, 氡 222 衰变为钋 218 的半衰期是 $3.8 \mathrm{~d}$, 镭 226 衰变为氡 222 的半衰期是 1620 年, 铀 238 衰变为针 234 的半衰期竟长达 $4.5 \times 10^9$ 年。

对于一个特定的氡原子, 我们只知道它发生衰变的概率, 而不知道它将何时发生衰变。一个特定的氡核可能在下 $1 \mathrm{~s}$ 就衰变, 也可能在 $10 \mathrm{~min}$ 之内衰变, 也可能在 200 万年之后再衰变。然而, 量子理论可以对大量原子核的行为作出统计预测。例如, 对于大量氡核, 可以准确地预言在 $1 \mathrm{~s}$ 后、 $10 \mathrm{~min}$ 后, 或 200 万年后, 各会剩下百分之几没有衰变。放射性元素的半衰期, 描述的就是这样的统计规律。

放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。例如, 一种放射性元素, 不管它是以单质的形式存在, 还是与其他元素形成化合物, 或者对它施加压力、提高温度, 都不能改变它的半衰期。这是因为压力、温度或与其他元素的化合等, 都不会影响原子核的结构。

核反应

衰变是原子核的自发变化, 科学家更希望人工控制原子核的变化。当初卢瑟福用 $\alpha$ 粒子轰击氮原子核, 产生了氧的一种同位素一一氧 17 和一个质子, 即

$$
{ }_7^{14} \mathrm{~N}+{ }_2^4 \mathrm{He} \longrightarrow{ }_8^{17} \mathrm{O}+{ }_1^1 \mathrm{H}
$$

这是人类第一次实现的原子核的人工转变。不仅用 $\alpha$ 粒子,用质子、中子甚至用 $\gamma$ 光子去轰击一些原子核, 都可以实现原子核的转变, 通过这种方式可以研究原子核的结构,还可以发现和制造新元素。

原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程, 称为核反应 (nuclear reaction)。与衰变过程一样, 在核反应中, 质量数守恒、电荷数守恒。

## 辐射与安全

人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线, 我们周围的岩石, 其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中, 有的也具有放射性, 例如, 食盐和有些水晶眼镜片中含有钾 40 , 香烟中含有钋 210 , 这些也是放射性同位素, 不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。

然而过量的射线对人体组织有破坏作用, 这些破坏往往是对细胞核的破坏, 有时不会马上察觉。因此, 在使用放射性同位素时, 必须严格遵守操作规程, 注意人身安全,同时, 要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。存在射线危险的地方, 常能看到如图 5.2-9 所示的标志。
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