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技(jì)術文章

放射性

2007/7/24 18:29:00

原子核自發地放射出各種射綫的(dí)現象,如(rú) α,β,γ放射性等(děng)🧒。
  1896年,法國科(kē)學家A.-H.貝(bèi)可勒爾在研究鈾鹽的熒光現象時(shí),發現含鈾物質(zhì)能發射(shè)出穿透(tòu)力很強的不可見(jiàn)的射(shè)綫🚰,使照(zhào)相底片感光。後來,經過人們的多年研究,終於證明它是三(sān)種成(chéng)分組成的:一種是高速運動(dòng)的氦原子核粒子(zǐ)束,稱為α 射綫。它的電離(lí)作用大,貫穿本領小,穿(chuān)不透一張(zhāng)薄紙。另一(yī)種是高速運動的(dí)電子束,稱為β射綫(xiàn)🦏。它的電離作用(yòng)較小🎞,貫穿本領(lǐng)較大,但仍(réng)穿不透(tòu)一張薄金屬片。第三種是波長很(hěn)短的電磁波,稱為γ射綫。它(tā)的電離作用最小,貫穿本領最大,可以穿過例如1厘米厚的鉛板。
  放射(shè)性射綫的性質,發(fā)射機製以及各種科技上的應用,一(yī)直是原子核(hé)物理學研究的一個重要的方麵。
  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(rán)放射性是(shì)指(zhǐ)天然存在的放射性(xìng)核素所具有的放射性。它們大多屬於由重元素組成的三個(gè)放(fàng)射係(即釷(tǔ)係,鈾係和錒係(xì))。人工放射性是指用核反(fǎn)應的辦(bàn)法所獲(huò)得的放射性。人工放射性最早是(shì)在1934年由法(fǎ)國科學(xué)家約裏奧-居裏夫婦(fù)發現的(dí)(見人工放(fàng)射(shè)性核素)。
  現在知道🖕,許(xǔ)多天然(rán)和人(rén)工生產的核素都能自發(fā)地放射出射綫(xiàn)。放出的射綫類(lèi)型除 α,β🌧,γ以外,還(huán)有正電子(zǐ),質子,中(zhōng)子,中微子等其他粒子。能(néng)自發地(dì)放射出(chū)射綫的核素🐷,稱為放射性核素(以前常(cháng)稱(chēng)為放射(shè)性同位(wèi)素)🐑,也叫不穩(wěn)定核素。實驗表明,溫度,壓力,磁(cí)場都不能顯(xiǎn)著地(dì)影響射綫的發射。這是由於溫度等(děng)隻能引起核外(wài)電子(zǐ)狀態的變化,而放射現象是由原子核內部變化引起的,同(tóng)核外電子狀態的改變關係很小。除自發裂變外,放射現象一般與衰變過程(chéng)有關,主要同α衰變🃂,β衰變過程有關(guān)。
  α 放射性出現在(zài)α衰變過程中。此時,衰變(biàn)後(hòu)的剩餘核(hé)(通常叫子核(hé))與衰變前的原子核(通常(cháng)叫母(mǔ)核)相(xiāng)比,原子序數減(jiǎn)少2,質量(liáng)數減少4。α衰變是母核通(tōng)過強相互作用和隧道效應,發射α 粒(lì)子而發生的。
  β放射性出現(xiàn)在β衰變過程(chéng)中。β衰(shuāi)變有三種類型💬:① β+衰變,放出正電子和中微(wēi)子的β衰變;② β-衰變,放出電子和(hé)反中微子的β衰變;③ 軌道電子俘獲,俘(fú)獲(huò)一個軌(guǐ)道(dào)電子並放出一個中微子的過程。β衰(shuāi)變是通過弱相互作用(yòng)而發生的。
  γ放(fàng)射性通常和α衰變或β衰變有(yǒu)聯係💸。α 和β衰變的子核往(wǎng)往處於(yú)激發態。處於激發態(tài)的原子核(hé)要放出(chū)γ射綫而向較低激發態(tài)或基態躍(yuè)遷👿,這叫γ躍遷。因此,γ射(shè)綫的(dí)自發放射一般是伴隨(suí)α 或(huò)β射(shè)綫產生的。
  β衰變所形成的子核,當其激(jī)發能足(zú)夠高時,有可能放射中(zhōng)子,質(zhì)子或α 粒子(zǐ)👐,甚至可以產生(shēng)裂變😃。這些衰變類型分別叫做β緩(huǎn)發中子發射(β-n),β緩發質子發射(β-p),β緩發α 發射(β-α)和β緩(huǎn)發(fā)裂變(β-f)。
  自發裂變是放射現(xiàn)象的另(lìng)一種類型(見核裂變)。
某些重核可以自發地分裂成兩個質量相(xiāng)差不多的原子核,並放出幾(jī)個中(zhōng)子。
  質子放(fàng)射性(xìng)也是放(fàng)射性的(dí)一(yī)種。例如處(chǔ)於激發態(tài)的能自發地(dì)放射出質子,其衰變方式如下:



這是(shì)迄今人們(mén)惟一知(zhī)道的(dí)不(bù)屬於(yú)緩發質子的質子放(fàng)射性的例子😞。
  衰變規律  放射性原子核的衰變是一個統計過程,所以放射性原子的數目在(zài)衰(shuāi)變時(shí)是按指數規律(lǜ)隨時(shí)間的增(zēng)加而減(jiǎn)少的(dí),稱為指數衰減規律

。

其中No是(shì)衰變時間t=0時的放(fàng)射性核的數目,N是(shì)t時刻的放射性核的數目(mù),λ是衰變常數,表(biǎo)示放射性物(wù)質隨時間衰減快慢的程度。對確(què)定核態的放射性核素,λ 是常數,它也表(biǎo)示單位時間該種原子核(hé)的(dí)衰變幾率🐇。
  放射性活度  處於某一(yī)特定能態的放射性核在單位時間的衰變數-dN/dt,記作A。由(yóu)指數衰(shuāi)減規律可以看到,A=-dN/dtλN。
  放射性活度的國際單(dān)位是貝可(kě)勒爾(Bq),它定義為每秒一次衰變,與(yǔ)以往放射性活度的常用單位居裏(Ci)的(dí)關係是
        1Ci=3.7×1010Bq。
放射性源的放射性(xìng)活度同(tóng)其(qí)質量之比,稱為(wéi)比活(huó)度。
  測量(liáng)放(fàng)射性活度的(dí)方法取決(jué)於射綫的類型,活(huó)度的等(děng)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行的測量(liáng)。在實(shí)際應用中放射源(yuán)大多是β或α 放射(shè)性,活度多數是微居裏級的,這類放射性活度的(dí)絕對(duì)測量方法主要有小立(lì)體(tǐ)角法,4π計數(shù)法和符合法等三種。相對測量是用一個已知(zhī)活度的(dí)標準源與待測樣品在相同條(tiáo)件下進行測量,根據它們(mén)計數率的比值和標準源的活度即可算出待測源的活(huó)度。
  半(bàn)衰期  處於某(mǒu)一特定能(néng)態(tài)的放射性(xìng)原子核的(dí)數目(mù)或活度衰減到原來大小(xiǎo)的一半所需的(dí)時間,通常用符號T表示。
  平(píng)均壽(shòu)命指處於某一特定能態的放射(shè)性原(yuán)子核平均生(shēng)存的(dí)時間。
  利用指數衰減規律,容易得到(dào)半衰期(qī)T同衰變常數λ或平均壽命(mìng)τ的關係如下(xià)



  各種放射性核素的半衰期在極(jí)大的範圍變化,一般說來,核素(sù)偏離(lí)β穩定綫越遠(見遠(yuǎn)離β穩定綫的核素),它的半衰期越(yuè)短。對於(yú)不同範圍的半衰期采取不(bù)同方法測量(liáng)。
  對半衰(shuāi)期在10-9秒(miǎo)到秒範圍的核素,采用直接測量N(t)的方(fāng)法,利用指數衰減規(guī)律(lǜ)求出T。對半衰期在數分鐘到1~2年的核素🕷,采用衰減跟蹤法,測(cè)量探測器計數率隨時間(jiān)的變化(huà),求出(chū)T👿。對(duì)半(bàn)衰(shuāi)期在10年以上的核素🏣,采用放射(shè)性比度法。此外(wài)還有測定(dìng)子核(hé)法等,這些(xiē)方法都基於放(fàng)射性的指數衰減規律(lǜ)。對(duì)於(yú)極短的半衰期(qī)(小於10-9秒)的測量,需要采用(yòng)一些(xiē)特殊的技術(見核能級壽命測量)📝。

  放射性的研究是十分重要的(dí)。基(jī)於放射性的研(yán)究所建立的衰變(biàn)綱圖是原子核
結(jié)構理論研究的重(zhòng)要依據之(zhī)一。通(tōng)過各種(zhǒng)核(hé)態的衰變(biàn)特性的測量可研究(jiū)各種(zhǒng)核性質和核反應機製。大量遠離β穩定綫的核素就是根(gēn)據它(tā)們的(dí)衰變特性(xìng)進行鑒定和研究(jiū)的🛡。
  放射性在(zài)許多學科的研究中,在(zài)工農醫和軍(jūn)事等部(bù)門都(dū)有重要應用。例如,在工業中的β射綫測厚度和γ射綫探傷,農業中的輻照育(yù)種和(hé)射綫刺激(jī)生物生長,以及醫學中的射綫診斷和放射治療等方(fāng)麵都是富(fù)有成效的(見放射(shè)性同位素(sù)在農業(yè)上的應(yīng)用(yòng),核醫(yī)學)。放射性測量的同位素(sù)示蹤方法和活化(huà)分析方法在核技術的(dí)應用中(zhōng)也占有重要位(wèi)置(zhì)。

  參(cān)考書目
 盧希庭主編:《原子核物理》,原子(zǐ)能出版社,北京(jīng),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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