元素衰變

定義：我們把一種元素經(jīng)放射過程變成另一種元素的現(xiàn)象，稱為原子核的衰變。原子序數(shù)大于83的所有元素，都具有放射性；原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性。

能夠自發(fā)地放出射線的元素叫做天然放射性元素。

1、α 衰變:釋放出α 射線。α 射線實(shí)際上是α 粒子流,α 粒子含兩個(gè)質(zhì)子

和兩個(gè)中子,表示成: α 。實(shí)際上就是氦核: He。如: U→ Th+ He

α 衰變將導(dǎo)致質(zhì)子數(shù)減小 2 單位,中子數(shù)減小 2 單位。

2、β 衰變:釋放出β 射線。β 射線實(shí)際上是β 粒子流,β 粒子含一個(gè)單位

負(fù)電荷,質(zhì)量接近為 0,表示成:    β 。實(shí)際上就是電子:    e。由于核內(nèi)并無電 子,因此認(rèn)為是中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生β 粒子,即:

n→H+e 如: Th→ Pa+ e

β 衰變將導(dǎo)致質(zhì)子數(shù)增加 1 個(gè)單位,中子數(shù)減小 1 個(gè)單位(質(zhì)量數(shù)不變)。 顯然,位于穩(wěn)定帶上方的不穩(wěn)定同位素將可能產(chǎn)生β 衰變。

3、γ 衰變:釋放出γ 射線。γ 射線實(shí)際上是波長(zhǎng)很短的電磁波,即高能光

子。高能光子本身不帶電,沒有靜止質(zhì)量,表示成: γ 。γ 射線常伴隨著α 射

線或β 射線一起射出。γ 射線的釋放,將導(dǎo)致核的能量降低,使得核更穩(wěn)定,但因不改變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù),故核反應(yīng)方程式中一般不寫出。

4、正電子衰變 正電子與電子僅電荷相反,表示成: e,可認(rèn)為是隨著核中質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子

時(shí)射出的: H→ n+ e 如: P→ Si+ e

釋放正電子,導(dǎo)致質(zhì)子數(shù)減小 1 個(gè)單位,中子數(shù)增加 1 個(gè)單位。顯然,位于 穩(wěn)定帶下方的不穩(wěn)定同位素將可能產(chǎn)生正電子衰變。

5、電子俘獲 電子俘獲是原子核從核外電子層俘獲一個(gè)電子使質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子:

H+e→n 顯然這是β 衰變的逆過程。如: Be + e → Li

2電子俘獲導(dǎo)致質(zhì)子數(shù)減小 1 個(gè)單位,中子數(shù)增加 1 個(gè)單位。顯然,位于穩(wěn)定 帶下方的不穩(wěn)定同位素將可能產(chǎn)生正電子衰變。

核化學(xué)方程式

書寫核化學(xué)方程式的規(guī)則：

(a)方程式兩端的質(zhì)量數(shù)之和相等；

(b)方程式兩端的原子序數(shù)之和相等。

半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間．

放射性元素衰變有一定的速率．如氧222經(jīng)衰變變?yōu)獒?18，每經(jīng)過3.8天就有一半的氡發(fā)生衰變，即經(jīng)過3.8天后剩下一半的氡，再經(jīng)過3.8天，剩下的氡又有一半發(fā)生衰變，只剩下四分之一氡，再經(jīng)3.8天剩下八分之一氡，再經(jīng)3.8天剩下十六分之一氡，……．

半衰期反映放射性元素衰變的速率，每種放射性元素都有一定的半衰期，如鐳226變?yōu)殡?22的半衰期為1620年；鈾238變?yōu)殁Q234的半衰期為4.5×109年．半衰期只與元素本身有關(guān)，與元素所處的物理、化學(xué)狀態(tài)及周圍環(huán)境、溫度都無關(guān)．

核裂變 (nuclear fission)

指大核分裂為小核的過程.普通核電站都依賴于裂變過程產(chǎn)生的能量.

核裂變?cè)硎莾?nèi)部質(zhì)量轉(zhuǎn)換為能量

核裂變是原子核分裂為兩個(gè)質(zhì)量相近的核的過程(分裂成更多的核的幾率

太小),同時(shí)釋放出 2-4 個(gè)中子。

核裂變能：將某個(gè)重核分裂，變成中等質(zhì)量核，中等質(zhì)量核的結(jié)合能要比重核大，因此這個(gè)重核的每個(gè)核子就要繼續(xù)發(fā)生質(zhì)量虧損而放出能量。

由裂變產(chǎn)生的 2-4 個(gè)中子經(jīng)過減速成慢中子,則這些慢中子又能引起另外的

U 裂變,依此類推。該過程稱為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。

鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的條件:必須保證由原子核裂變所產(chǎn)生的中子有一定的數(shù)量。

中子有三方面的消耗:被其它核俘獲(不產(chǎn)生裂變)、逸出而損耗、進(jìn)行裂變。

因此只有在鈾的質(zhì)量或體積大于一定限度時(shí)才可能保證有足夠的中子以進(jìn)行鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)。這種保持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須的裂變物質(zhì)的量稱為臨界質(zhì)量。

裂變物質(zhì)的量大于臨界質(zhì)量時(shí)發(fā)生鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng);裂變物質(zhì)的量小于臨界質(zhì)量時(shí)不發(fā)生鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。