放射性元素的衰变（放射性元素的衰变规律）

今天给大家分享一个关于放射性元素衰变的问题(放射性元素衰变定律)。以下是边肖对这个问题的总结。让我们来看看。

一、放射性元素衰变过程

无论东方还是西方，都有一大批人在追求“点石成金”的艺术，他们想把一些普通的矿石变成金子。当然，这些炼金术士的希望都破灭了，因为他们不知道一种物质变成另一种物质的根本变化在于原子核的变化。但是，类似“点石成金”的事情在自然界一直在进行，这就是伴随着自然辐射的“衰变”。
原子核的衰变
原子核释放出α粒子或β粒子。随着原子核电荷数的变化，它在周期表中的位置也发生变化，成为另一种原子核。我们称这种变化为原子核的衰变。铀-238释放一个α粒子后，原子核的质量数减少4，电荷数减少2，称为新原子核。这个新的原子核是钍-234核。这种衰变叫做α衰变。这个过程可以用下面的衰变方程表示:23892U→23490Th+42He。在这个衰变过程中，衰变前的质量等于衰变后的质量之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
大量观测表明，原子核衰变时电荷数和质量数是守恒的。α粒子中新核的质量数和原新核的质量数有什么关系？23892U的α衰变产生的23490Th，相对于原核在周期表中的位置，也具有放射性，可以释放出一个β粒子，成为23491Pa(镨)。因为电子的质量远小于原子核的质量，所以我们可以认为电子的质量为零，电荷数为-1，电子可以表示为0-1e。这样，原子核释放一个电子后，由于其衰变前后电荷数和质量数守恒，新原子核的质量数不会改变但其电荷数要增加1。其衰变方程为:23490Th→23491Pa+0-1e。释放β粒子的衰变叫做β衰变。β衰变的本质是原子核中的中子数(10n)转化为一个质子和一个电子。变换方程为10n→11H+0-1e，这种变换产生的电子发射到核外，即β粒子；同时，新的原子核失去了一个中子，但增加了一个质子。因此，新原子核的质量数保持不变，而电荷数增加1。两个中子和两个质子可以非常紧密地结合在一起，所以在一定的条件下，它们会从更大的原子核中整体弹出，所以放射性元素会发生α衰变。
原子核的能量和原子的能量是一样的，它的变化是不连续的，只能取一系列不连续的值，所以也有能级，能级越低越稳定。当放射性原子核发生α衰变和β衰变时，原子核中所含的能量往往会被释放出来，从而使新的原子核处于高能级。此时会跃迁到低能级，能量以伽马光子的形式辐射出去。所以γ射线往往伴随着α射线和β射线。放射性物质连续衰变时，有的原子核发生α衰变，有的发生β衰变，会伴随γ辐射。此时放射性物质发出的辐射会有α、β、γ三种射线。
半衰期
放射性同位素的衰变率有一定的规律。例如，氡-222通过α衰变为钋-218。如果定期测量氡的数量级，会发现每3.8天就有一半氡衰变。也就是说，在第一个3.8天后，一半的氡残留，第二个3.8天后，四分之一的氡残留；3.8天后，仍有1/8的氡残留(图19.2-3)...因此，我们可以用半衰期来表示放射性元素的衰变率。放射性元素半数原子核衰变所需的时间称为这种元素的半衰期。不同的放射性元素有不同的半衰期，甚至差别很大。例如，氡-222在3.8天内衰变为钋-218，镭-226在1620年衰变为氡-222，铀-238衰变为钍-234，半衰期为45亿年。衰变是原子核在微观世界中的行为，而微观世界定律的一个特点就是“单个微观世界是不可预测的”，即对于一个特定的氡原子，我们只知道它衰变的概率，而不知道它什么时候衰变。特定的氡核可能在接下来的1s内衰变，也可能在10分钟内衰变，也可能在200万年后再次衰变。然而，量子理论可以对大量原子核的行为进行统计预测。例如，对于大量的氡核，可以准确地预测在1秒、10分钟或200万年后，每个氡核的百分之几不会衰变。放射性元素的半衰期描述了这样一个统计规律。放射性元素的衰变率是由原子核内部因素决定的，与原子的化学状态和原子核的外部条件无关。一种放射性元素，无论是以单质形式存在，还是与其他元素形成化合物，或者对其施加压力或提高温度，都不能改变其半衰期。这是因为压力、温度等元素的组合不会影响原子核的结构。

二。放射性衰变的基本原理

原子核自发发出各种射线(包括α、β和γ射线)的现象称为放射性。

放射性同位素原子核自发发出某种射线或通过轨道电子俘获转变成另一种原子核的过程称为放射性衰变。放射性衰变是原子核内部物质运动的固有特性，是自发的，不受外界任何自然因素的影响。

某些放射性同位素的原子核(母核)在一次衰变后转变成稳定的核素(子核)，这种衰变称为单次衰变。放射性同位素核衰变形成的其他核素仍具有放射性，需要经历多级衰变才成为稳定同位素。这种衰变称为多阶段衰变或连续衰变。

无论是哪种放射性核素，衰变过程中的核数都服从一个放射性衰变原理，随时间连续衰变，即单位时间内衰变的核数与任意时刻t存在的核数成正比，或者说t时刻放射性核素的衰变率与t时刻放射性核素的核数成正比，可用以下放射性衰变率方程表示:

地下水科学专论

式中:Nt为t时刻核素的原子核数；λ是核素的衰变常数，等号右端的负号表示衰变率随时间减小。

方程式(3.17)的解是

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如果t=0时Nt=N0，则有

地下水科学专论

其中:N0是t=0初始时刻核素的原子核数。公式(3.19)是描述放射性衰变基本规律的数学公式，是指任何放射性同位素的衰变过程都以负指数函数递减，可以用图3.14表示。

衰变常数λ的物理意义是原子核在单位时间内的衰变几率，即λ =-(DNT/NT)/dt。对于特定的放射性核素，λ是一个常数，反映了原子核的衰变率。λ值越大，原子核衰变越快。λ的单位是时间的倒数，即1/t。

另一个代表放射性原子核衰变率的物理量是半衰期。半衰期(T1/2)是指放射性原子核的数目衰变到原来数目的一半所需的时间。

当t=T1/2，Nt=N0/2时，T1/2与λ的关系由公式(3.19)得到:

图3.14放射性母核衰减和稳定子核生长曲线示意图(根据Faure，1986)

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T1/2是特定放射性核素的常数。T1/2与λ成反比。T1/2越大，λ越小，表明放射性核素的寿命越长。一般认为，当一个放射性核素的衰变时间达到10T1/2时，可以认为原子核的数目接近于零。表3.3列出了一些放射性同位素的半衰期和衰变常数。

表3.3一些放射性同位素的半衰期和衰变常数

(根据库克等人，2000年)

应用方程(3.19)的困难在于不容易确定N0。在单次衰变中，放射性母核直接衰变为稳定的子核，在这个过程中的某个时刻t测量母核和子核的数量是可能的。设t=0时母核数为N0，此时子核数为0。当t到来时，母核数nt = n0e-λ t，子核数Dt应等于母核衰变数:

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公式(3.22)或(3.23)是描述单衰变过程中稳定核子数随时间呈指数增长的公式，如图3.14所示。

事实上，地质体在形成时就已经含有一定数量的亚核。设它为D0，子核总数为D=D0+Dt。如果代入公式(3.23)，我们可以得到。

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图3.15显示了放射性母核衰变为稳定子核过程中子核数与母核数之比Dt/Nt随时间的变化关系(所用数据与图3.14相同)。显然，Dt/Nt比值随时间而增加。

图3.15单次衰变过程比Dt/Nt的增长曲线示意图(根据Faure，1986)

3。放射性元素衰变是什么意思？

放射性元素均为不稳定元素，存在一个半衰期在半衰期中，放射性元素辐射出α，β粒子，同时自身衰变一个半衰期既粒子减半的过程

四。放射性元素的衰变

以上是边肖对放射性元素衰变(放射性元素衰变定律)及相关问题的回答。希望放射性元素衰变(放射性元素衰变定律)这个问题对你有用！

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