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放射性

2007/7/24 18:29:00  (瀏覽次數(shù)：2007/7/24 18:29:00)

原子核自發(fā)地放射出各種射線的現(xiàn)象，如 α、β、γ放射性等。
　　1896年,法國科學(xué)家A.-H.貝可勒爾在研究鈾鹽的熒光現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)含鈾物質(zhì)能發(fā)射出穿透力很強(qiáng)的不可見的射線，使照相底片感光。后來，經(jīng)過人們的多年研究，終于證明它是三種成分組成的：一種是高速運(yùn)動的氦原子核粒子束，稱為α 射線。它的電離作用大，貫穿本領(lǐng)小，穿不透一張薄紙。另一種是高速運(yùn)動的電子束，稱為β射線。它的電離作用較小，貫穿本領(lǐng)較大，但仍穿不透一張薄金屬片。第三種是波長很短的電磁波，稱為γ射線。它的電離作用最小，貫穿本領(lǐng)最大，可以穿過例如1厘米厚的鉛板。
　　放射性射線的性質(zhì)、發(fā)射機(jī)制以及各種科技上的應(yīng)用，一直是原子核物理學(xué)研究的一個重要的方面。
　　放射性的類型 　 放射性有天然放射性和人工放射性之分。天然放射性是指天然存在的放射性核素所具有的放射性。它們大多屬于由重元素組成的三個放射系（即釷系、鈾系和錒系）。人工放射性是指用核反應(yīng)的辦法所獲得的放射性。人工放射性最早是在1934年由法國科學(xué)家約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)的（見人工放射性核素）。
　　現(xiàn)在知道，許多天然和人工生產(chǎn)的核素都能自發(fā)地放射出射線。放出的射線類型除 α、β、γ以外，還有正電子、質(zhì)子、中子、中微子等其他粒子。能自發(fā)地放射出射線的核素，稱為放射性核素（以前常稱為放射性同位素），也叫不穩(wěn)定核素。實驗表明，溫度、壓力、磁場都不能顯著地影響射線的發(fā)射。這是由于溫度等只能引起核外電子狀態(tài)的變化，而放射現(xiàn)象是由原子核內(nèi)部變化引起的，同核外電子狀態(tài)的改變關(guān)系很小。除自發(fā)裂變外，放射現(xiàn)象一般與衰變過程有關(guān)，主要同α衰變、β衰變過程有關(guān)。
　　α 放射性出現(xiàn)在α衰變過程中。此時，衰變后的剩余核（通常叫子核）與衰變前的原子核(通常叫母核)相比，原子序數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4。α衰變是母核通過強(qiáng)相互作用和隧道效應(yīng)，發(fā)射α 粒子而發(fā)生的。
　　β放射性出現(xiàn)在β衰變過程中。β衰變有三種類型：① β+衰變,放出正電子和中微子的β衰變；② β-衰變，放出電子和反中微子的β衰變；③ 軌道電子俘獲，俘獲一個軌道電子并放出一個中微子的過程。β衰變是通過弱相互作用而發(fā)生的。
　　γ放射性通常和α衰變或β衰變有聯(lián)系。α 和β衰變的子核往往處于激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子核要放出γ射線而向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷，這叫γ躍遷。因此，γ射線的自發(fā)放射一般是伴隨α 或β射線產(chǎn)生的。
　　β衰變所形成的子核,當(dāng)其激發(fā)能足夠高時,有可能放射中子、質(zhì)子或α 粒子，甚至可以產(chǎn)生裂變。這些衰變類型分別叫做β緩發(fā)中子發(fā)射(β-n)、β緩發(fā)質(zhì)子發(fā)射(β-p)、β緩發(fā)α 發(fā)射(β-α)和β緩發(fā)裂變(β-f)。
　　自發(fā)裂變是放射現(xiàn)象的另一種類型（見核裂變）。某些重核可以自發(fā)地分裂成兩個質(zhì)量相差不多的原子核，并放出幾個中子。
　　質(zhì)子放射性也是放射性的一種。例如處于激發(fā)態(tài)的能自發(fā)地放射出質(zhì)子，其衰變方式如下：

這是迄今人們惟一知道的不屬于緩發(fā)質(zhì)子的質(zhì)子放射性的例子。
　　衰變規(guī)律 　放射性原子核的衰變是一個統(tǒng)計過程，所以放射性原子的數(shù)目在衰變時是按指數(shù)規(guī)律隨時間的增加而減少的，稱為指數(shù)衰減規(guī)律

。

其中No是衰變時間t＝0時的放射性核的數(shù)目，N是t時刻的放射性核的數(shù)目，λ是衰變常數(shù),表示放射性物質(zhì)隨時間衰減快慢的程度。對確定核態(tài)的放射性核素，λ 是常數(shù)，它也表示單位時間該種原子核的衰變幾率。
　　放射性活度 　處于某一特定能態(tài)的放射性核在單位時間的衰變數(shù)－dN/dt，記作A。由指數(shù)衰減規(guī)律可以看到，A＝-dN/dt＝λN。
　　放射性活度的國際單位是貝可勒爾(Bq)，它定義為每秒一次衰變，與以往放射性活度的常用單位居里(Ci)的關(guān)系是
　　　　　　　　1Ci＝3.7×1010Bq。
放射性源的放射性活度同其質(zhì)量之比，稱為比活度。
　　測量放射性活度的方法取決于射線的類型、活度的等級等，通常分為絕對測量和相對測量兩大類。絕對測量是用測量裝置直接按照定義進(jìn)行的測量。在實際應(yīng)用中放射源大多是β或α 放射性，活度多數(shù)是微居里級的，這類放射性活度的絕對測量方法主要有小立體角法、4π計數(shù)法和符合法等三種。相對測量是用一個已知活度的標(biāo)準(zhǔn)源與待測樣品在相同條件下進(jìn)行測量，根據(jù)它們計數(shù)率的比值和標(biāo)準(zhǔn)源的活度即可算出待測源的活度。
　　半衰期 　處于某一特定能態(tài)的放射性原子核的數(shù)目或活度衰減到原來大小的一半所需的時間，通常用符號T┩表示。
　　平均壽命指處于某一特定能態(tài)的放射性原子核平均生存的時間。
　　利用指數(shù)衰減規(guī)律,容易得到半衰期T┩同衰變常數(shù)λ或平均壽命τ的關(guān)系如下

　　各種放射性核素的半衰期在極大的范圍變化，一般說來，核素偏離β穩(wěn)定線越遠(yuǎn)(見遠(yuǎn)離β穩(wěn)定線的核素)，它的半衰期越短。對于不同范圍的半衰期采取不同方法測量。
　　對半衰期在10-9秒到秒范圍的核素,采用直接測量N(t)的方法，利用指數(shù)衰減規(guī)律求出T┩。對半衰期在數(shù)分鐘到1～2年的核素，采用衰減跟蹤法，測量探測器計數(shù)率隨時間的變化,求出T┩。對半衰期在10年以上的核素，采用放射性比度法。此外還有測定子核法等，這些方法都基于放射性的指數(shù)衰減規(guī)律。對于極短的半衰期（小于10-9秒）的測量,需要采用一些特殊的技術(shù)（見核能級壽命測量）。
　　放射性的研究是十分重要的�；诜派湫缘难芯克⒌乃プ兙V圖是原子核結(jié)構(gòu)理論研究的重要依據(jù)之一。通過各種核態(tài)的衰變特性的測量可研究各種核性質(zhì)和核反應(yīng)機(jī)制。大量遠(yuǎn)離β穩(wěn)定線的核素就是根據(jù)它們的衰變特性進(jìn)行鑒定和研究的。
　　放射性在許多學(xué)科的研究中，在工農(nóng)醫(yī)和軍事等部門都有重要應(yīng)用。例如，在工業(yè)中的β射線測厚度和γ射線探傷，農(nóng)業(yè)中的輻照育種和射線刺激生物生長，以及醫(yī)學(xué)中的射線診斷和放射治療等方面都是富有成效的（見放射性同位素在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用、核醫(yī)學(xué)）。放射性測量的同位素示蹤方法和活化分析方法在核技術(shù)的應(yīng)用中也占有重要位置。
　　參考書目
　盧希庭主編：《原子核物理》，原子能出版社，北京，1981。
　P.Marmier and E.Sheldon,Physics of Nuclei and particles, Academic Press, New York and London, 1969.
　E. Segrè, Nuclei and particles,2nd ed., W. A.Benjamin,Reading, Mass., 1977.
　Yuan,Luke Chai-Liu and Wu Chien-Shiung,Nuclear Physics,Part A. Academic Press, New York, 1961.

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