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 射線實際上是α 粒子流,α 粒子含兩個質(zhì)子

和兩個中子,表示成: α 。實際上就是氦核: He。如: U→ Th+ He

α 衰變將導致質(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 射線實際上是β 粒子流,β 粒子含一個單位

負電荷,質(zhì)量接近為 0,表示成:    β 。實際上就是電子:    e。由于核內(nèi)并無電 子,因此認為是中子轉變成質(zhì)子時產(chǎn)生β 粒子,即:

n→H+e 如: Th→ Pa+ e

β 衰變將導致質(zhì)子數(shù)增加 1 個單位,中子數(shù)減小 1 個單位(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 射線實際上是波長很短的電磁波,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,可認為是隨著核中質(zhì)子轉變成中子

時射出的: H→ n+ e 如: P→ Si+ e

釋放正電子,導致質(zhì)子數(shù)減小 1 個單位,中子數(shù)增加 1 個單位。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電子使質(zhì)子轉變成中子:

H+e→n 顯然這是β 衰變的逆過程。如: Be + e → Li

2電子俘獲導致質(zhì)子數(shù)減小 1 個單位,中子數(shù)增加 1 個單位。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。

核化學方程式

書寫核化學方程式的規(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，與元素所處的物理、化學狀態(tài)及周圍環(huán)境、溫度都無關．

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.

核裂變原理是內(nèi)部質(zhì)量轉換為能量

核裂變是原子核分裂為兩個質(zhì)量相近的核的過程(分裂成更多的核的幾率

太小),同時釋放出 2-4 個中子。

核裂變能：將某個重核分裂，變成中等質(zhì)量核，中等質(zhì)量核的結合能要比重核大，因此這個重核的每個核子就要繼續(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。該過程稱為鏈式裂變反應。

鏈式裂變反應的條件: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、進行裂變。

因此只有在鈾的質(zhì)量或體積大于一定限度時才可能保證有足夠的中子以進行鏈式核反應。這種保持鏈式反應必須的裂變物質(zhì)的量稱為臨界質(zhì)量。

裂變物質(zhì)的量大于臨界質(zhì)量時發(fā)生鏈式裂變反應;裂變物質(zhì)的量小于臨界質(zhì)量時不發(fā)生鏈式裂變反應。