核衰变

在 1896 年法国科学家 BecquerelH 发现了铀盐的天然放射性现象，他的同事 Marie 和 Pierre Curie 夫妇在 1898 年铀矿中发现了新的放射性元素钋

（Po）和镭（Ra），开创了天然放射性和放射化学研究的新领域。他们 3 人

共同获得 1903 年的诺贝尔物理学奖。

U，Po，Ra 等这类**原子核不稳定，能自发地放出辐射，而变成另一种原子核，这种过程叫核衰变。**天然放射性元素铀所放出的辐射，在电磁场作用下可以分为三个部分：α辐射、β辐射和γ辐射，如图 2－6 所示。

在电场中偏向负极的是带正电的α粒子流，α粒子与氦原子核相同，质

量数为4，电荷数 + 2，可以用⁴He代表α粒子。例如铀－238（²³⁸U）

2 92

能自发进行α衰变，成为90号元素钍－234（ ²³⁴ Th），核反应式可以

写作：

²³⁸ U→ ²³⁴Th + a( ⁴ He)

92 90 2

在电场中偏向正极的是带负电的β粒子流，它的性质和电子完全相同，

质量很小，可看作约为0，电荷数为－1，可以用⁰ e代表β粒子。

如上述²³⁴Th能自发进行β衰变，成为镤－234（ ²³⁴ Pa），核反应式

90 91

是：

²³⁴ Th→²³⁴Pa + ( ⁰ e)

90 91 −1

在电场中不偏不移的是中性的γ辐射，它是一束短波光子流，波长在0.1～0.0005nm 之间。所有的衰变过程都伴有γ辐射，因为衰变产物一般是处于不稳定的激发状态，当恢复到稳定状态时就放出光子，γ辐射没有改变

原子核的质量数和电荷数，所以在书写核反应式时，常将其忽略，如上述两个核衰变中都伴有γ辐射。

经过仔细研究得知自然界存在三个天然放射系，即铀系、钍系和锕系。每个系列各有多代母子体连续衰变的关系，最后都生成稳定的 82 号元素铅

（Pb），中间产物有原子序数介于 82～92 之间的各种衰变产生的子体。α辐射使质量数减少 4，而β辐射对质量数没有影响，所以这些衰变子体间质量数的差都是 4。

在研究天然放射现象的过程中，人们又发现了人工放射性。1934 年， Irene Curie（Marie 和 Pierre 的女儿）和她的丈夫 Frederie Joliot 用高能α粒子轰击铝箔，获得磷－30（³⁰P），它能自发衰变放出正电子

流（质量和电子相等， < /PGN0069.TXT / PGN > 但电荷为 + 1，可以用⁰ e

代表），而变成硅－30（³⁰Si），这两个核反应式是：

²⁷ Al +⁴ He→ ³⁰P +¹ n

13 2 15 0

³⁰P→ ³⁰Si + ⁰ e

15 14 +1

³⁰ P和天然放射性元素一样具有放射性，但它是由人工在实验室制

得的，这是第 1 个人工放射性核素①，它衰变时放出的正电子流，在天然放射性中没有见到过。从此开创了人工放射性时代。科学家们用各种高能粒子轰击靶核，引发核反应，制造新核素和新元素。常用的轰

击粒子有不带电的中子或带电的正离子，如¹H， ⁴He，¹²C，¹⁵N，¹⁸O

1 2 6 7 8

等，这些粒子在加速器中获得足够能量克服与靶核间的库仑斥力发生核反应，产生新的核素。60 年来人工合成的核素已有 2000 多种，在 1992 至 1993 年

间，我国科学家曾发现4种新核素，即¹⁸² Hf， ²⁰⁸ Pt， ²⁰⁸Hg和²³⁷Th。

72 78 80 90

人工核反应最为重要的用途是制造新元素，原子序数大于 92 号铀的元素，统称超铀元素。自 93 号镎 Np 至 111 号元素都是人工在加速器里合成的，它们的寿命核都很短促（在毫秒间即可衰减一半），产量也极其微少。例如 1995

年在德国重离子加速器研究中心的科学家们合成的 110 号和 111 号元素各得

到了 3 个原子。在这个领域工作的科学家们有一整套研究超微量元素的物理和化学性质的巧妙方法，证实这些新元素的发现。

在研究人工核反应的过程中又发现了核裂变现象。