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放射性元素衰變特征

生活 更新时间:2025-01-15 22:12:41

我們所有人應該都或多或少的了解放射性元素的相關知識。比如放射性元素可以對外放出射線,而它們所放出的射線對人體是有極大危害的。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)1

大部分人的這一概念應該來源于新聞,在其中報道有人因為接觸了放射性元素而對身體造成了不可逆轉的傷害。

絕大多數人也都可以說出一些放射性元素,比如鈾元素,它是用于制造核武器的原材料。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)2

正是這些我們在生活中接觸到的知識,使得我們對放射性元素有一個先天的負面感受。

但是如果我們把問題繼續下去,放射性元素産生的原理到底是什麼?為什麼有些元素會具有放射性?為什麼有些元素沒有放射性?有許多同學可能就沒有辦法很好地回答了。

對于第一個問題,可能有人可以給出比較簡單的答案,放射性元素産生的原理就是某些元素會發生衰變。

這種回答是正确的,我們把元素對外放出各種射線的過程,稱為元素的衰變過程。但是這一回答并沒有觸及到放射性的本質,所以它是不夠完善的。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)3

事實上,元素的放射性應該叫做原子的放射性。我們要知道,元素是一大類原子的統稱,同一元素可以包含不同的原子。

這些原子有着相同的質子和電子數,但是其内部的中子數卻并不相同。比如氫就具有三種同位素,這其實是三個不同的原子,但是它們都可以被稱為氫元素。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)4

對于同一種元素,它的某些原子可能不具有放射性,而另外一些原子則具有放射性。所以我們應該準确的将元素的放射性認定為原子的放射性。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)5

我們知道在原子的中心是原子核,而原子核則是由質子和中子構成的。其中質子帶有正電荷,核外電子則具有負電荷。因為質子和電子的數量相同,所以正負電荷抵消,這使整個原子呈中性。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)6

既然質子帶有正電荷,那麼根據同性相斥的原則,這些質子之間自然是存在排斥力的。

對于一些比較小的原子核,這一排斥力不會造成多大的影響。但是,原子核越大,這一情況就越嚴重,直到産生一定的現象。

對于大的原子而言,其原子核内部的排斥力會導緻原子核自身的不穩定,進而出現核開裂的情況。這就像是雞蛋裂開一樣,裡面的蛋液會流出來。而對于原子核而言,核開裂後會放出内部的粒子。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)7

開裂後的雞蛋不再是原來的雞蛋了,釋放過粒子的原子核也就和原來的原子核不一樣了。這就是為什麼元素經過衰變以後會變成另外一種元素的原因。

當然,如果新産生的原子核依舊不穩定,那麼它還會繼續開裂,直到穩定為止。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)8

這張圖不準确,應該是雞蛋裂開變成鴿子蛋,鴿子蛋裂開變成别的什麼蛋……當然,這裡是在介紹原子的問題,不是雞蛋。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)9

其實,原子核的開裂還有一個更為通用的名字,我們大家都知道,叫作“核裂變。”講到這個,大家就會認為這不就是核電站那個核裂變嗎?真是浪費時間!

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這裡大家請注意,雖然兩個現象名字一樣,但它們不是同一個東西。我們大家知道的那個核電站的“核裂變”過程是人為的,而本文這個“核裂變”過程是自發進行的。

就像這個世界上同名同姓的人一樣,不能把他們都當成同一個人吧?我們不能完全依靠名字來判斷一個東西到底是什麼樣子的。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)11

而且,正是因為我們在自然界中發現了這樣一個自發進行的過程,才大大推動了後者的發展。

對于前面“核裂變”的介紹有如下例子,完美展示了上述情況。

碳元素的三種同位素。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)12

首先是穩定同位素C12,其内有6個質子和6個中子它占據了自然界中碳元素的98.9%。其次是C13,在其内有6個質子和7個中子,它的原子核更大。當然,C12和C13都沒有放射性。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)13

最後就是C14,其内有6個質子,8個中子,它的原子核是最大的,而它就具有放射性了。

C14的半衰期長達5730年,衰變方式為β衰變。我們的科學家也是因為它的這種特性,将其作為一種年代測定技術。

放射性元素衰變特征(什麼是元素的放射性現象)14

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