放射性

有些元素是不稳定的。它们的原子衰变并以辐射的形式释放能量。这个过程叫作“放射性衰变”。

原子核不稳定的原子被认为是有放射性的原子。原子核是由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成的。带相同电荷的粒子相互排斥，质子也是如此。然而，质子在原子核中保持在一起，而不会被强迫分开，是因为有一种更强的吸引力使质子和中子结合在一起。当这种强大的力不能使质子和中子保持在一起时，原子就具有了放射性。

辐射类型

在放射性原子的原子核内部，质子与中子的比例使得强大的力很难将粒子结合在一起。最终，少量的原子核脱离原子而逃逸。这个过程就是放射性衰变。放射性衰变是核反应的一种。核反应不同于化学反应。化学反应只涉及原子中的电子，而核反应会引起原子核的变化。放射性元素通常是那些原子很大的元素，这些元素原子的原子核中有许多粒子，因此它们比更小的原子更不稳定。例如，铀原子的原子核中有234 ～238个粒子。铀是最常见的放射性元素之一，自然存在的且具有放射性的元素还包括铋、钋、砹、氡、钫、镭、锕、钍和镤。

然而，有些元素的一些同位素是具有放射性的。同位素是那些原子序数相同，但原子质量不同的原子的总称。氚是氢的稀有同位素之一，具有放射性。具有放射性的同位素被称为“放射性同位素”。放射性同位素不像稳定元素那么常见，例如，每一万亿个碳原子中只有一个是放射性同位素碳-14，其他的都是稳定的碳-12。

辐射的类型

放射性原子会产生3 种类型的辐射，分别是α粒子、β粒子和γ射线。大多数核反应要么释放一个α粒子，要么释放一个β粒子，但所有的核反应都会产生γ射线。α粒子含有两个质子和两个中子，这和氦原子的原子核是一样的，所以α粒子通常被写成 ，4 是指原子质量数（中子数和质子数的总和），2 是指原子序数（质子数）。因为α粒子中没有任何电子，所以它们所含的质子使它们带正电荷。

大多数β粒子是快速移动的电子。它们带负电荷，就像绕原子核旋转的电子一样。不稳定原子核中的中子分解成质子的同时，会释放一个电子，即β粒子。质子比中子略小，剩下的物质会以电子的形式飞走。γ射线是电磁波的一种。电磁波还包括光、热、无线电波和X 射线。然而，γ射线的能量比任何其他类型的电磁波都要多。一些核反应也会产生X 射线。

辐射的危险

居里夫妇

出生于波兰的居里夫人（Marie Curie，1867—1934）和她的法国丈夫皮埃尔（Pierre Curie，1859—1906）都是物理学家。他们是放射性研究的先驱，甚至还创造了“放射性”这个术语。尽管在1898 年开始工作时，人们已经知道以X 射线形式存在的辐射，但没有人真正知道它们来自哪里。居里夫妇发现，铀矿物释放出的辐射强度取决于化合物中铀原子的数量。他们研究了一种叫作“沥青铀矿”的矿物，发现其中的含铀化合物会产生比预期更多的辐射。这表明矿物中肯定还含有其他放射性元素，他们成功地确定了其中的两种：钋（以居里夫人的祖国波兰命名）和镭。居里夫妇因他们的放射性研究工作而获得了1903 年的诺贝尔物理学奖。居里夫人还因发现镭和钋而获得了1911 年的诺贝尔化学奖。在他们做实验的时候，没有人知道放射性会对健康造成影响。居里夫人最后死于辐射引起的白血病。她的笔记本上的放射性，至今仍无法处理。

科学词汇

电磁波谱： 包括光、热和无线电波在内的能量波的范围。

电离： 中性原子或分子在热、电、辐射及溶剂分子的作用下产生离子的过程。

辐射： 放射性元素产生的α粒子、β粒子和γ射线。

所有由放射性物质产生的辐射都是危险的。α粒子和β粒子是带电的，可以从其他分子中剥离电子。这个过程被称为“电离”。如果辐射粒子进入人体，它们就会破坏细胞内的复杂分子，导致体内的细胞死亡或以其他方式出错，例如，导致细胞以不受控制的方式生长，从而在体内产生肿瘤。α粒子的辐射能量最大，造成的伤害也最大。不过，让它们停下来也很容易，因为它们不能轻易穿过固体，用一张纸或一件衣服就可以挡住它们。β粒子比α粒子小得多，因此可以穿透固体。进入体内后，它们造成的伤害比α粒子要小，因为它们太小了。一块薄的金属片就可以阻挡β粒子。

反物质

一些粒子带正电荷。它们的大小和电子相同，所带的电荷大小也相等，但是电性相反。这样的粒子被叫作“正电子”。科学家把正电子这样的粒子定义为反粒子。完全由反粒子构成的物质就是反物质。当物质和反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，释放出γ射线。反物质粒子的寿命非常短暂。原子核中的质子变成中子时，就会产生正电子。

γ射线比其他类型的辐射更具穿透力，可以穿透衣服、金属板和大多数其他物体。只有厚厚的铅板才能完全阻挡γ射线。然而，γ射线进入人体后，只有一小部分会被人体组织吸收，大部分则直接穿透人体，不会造成任何影响。

原子核衰变后，它所包含的质子数就会发生变化。如果核反应释放了一个α粒子，那么原子核中就会少两个质子。如果核反应释放了一个β粒子，那么一个中子就会变成一个质子，原子核中就会比以前多1 个质子。在这两种情况下，核反应改变了原子的原子序数，生成了一种新的元素。例如，最常见的铀同位素铀-238，它的原子序数是92，在衰变时释放一个α粒子。它失去了两个质子，变成了原子序数是90 的钍。钍也是放射性元素。钍原子衰变时，释放出一个β粒子，结果是原子核失去一个中子，但得到一个质子，从而生成了原子序数为91的镤。

放射性粒子的穿透能力

不同的放射性粒子的穿透能力是不同的，必须使用不同厚度的材料来阻挡它们。

衰变链

在上面放射性衰变的例子中，一个放射性原子衰变成另一个放射性原子。可能要经过多次核反应，一个放射性原子才能衰变成稳定的原子。一系列核反应产生了几种不同的元素，这一过程叫作“衰变链”。

例如，铀-238 的衰变链总共包含14 种其他同位素，最终生成稳定的铅-206。

地球上最常见的天然存在的放射性元素是钍和铀，一般存在于世界各地的岩石中。其他的放射性元素大多是由钍和铀衰变产生的。

氡和钫是两种更稀有的放射性元素。氡是放射性元素中唯一的气体，而钫是最活泼、最稀有的金属。氡和钫比钍和铀更不稳定，半衰期更短。

半衰期

半衰期是仅含一种放射性核素的样品的放射性活度降至其初始值一半所需要的时间。假设某个元素的半衰期为一年，最开始这种元素有800 个原子，一年过后，只剩下400 个原子。再过一年，原子衰变一半，只剩下200 个。第三年之后，只剩下100 个原子。衰变会一直进行，直到所有的原子都衰变完全。

人造元素

目前科学家已在地球上发现了94 种天然存在的元素，其中11 种是有放射性的。此外，一些元素，如碳，也有放射性同位素。科学家们还制造出了人造元素，这些元素都有放射性。他们通过用较小的离子轰击较大的天然元素来达到这个目的。原子和离子相互高速碰撞，以至于它们合并生成了更大的新的人造元素。

大多数人造元素比铀重。许多人造元素是以著名科学家的名字命名的，如 （106）以美国化学家格伦·西博格（1912—1999）的名字命名。西博格帮助制造了包括钚（94）、镅（95）、锫（97）、锎（98）和钔（101）在内的新元素。这些元素的半衰期都很短。2016年， （113）、镆（115）、石田（117）和 （118）被添加到元素周期表中。

钍和铀这两种放射性同位素相对稳定，半衰期很长。钍-232 的半衰期为140 亿年，而铀-238 的半衰期为45 亿年。元素越不稳定，半衰期越短，这是因为它们非常罕见，所以它们存活的时间也不长。钫有多种同位素，半衰期最长的也只有22 分钟。化学家认为，地球上钫的总量在任何一个时间点都不到28 克。有些同位素甚至更不稳定，其半衰期仅为百万分之一秒。这些同位素持续进行放射性衰变，直到达到稳定状态。 ycJLk7Zrl6MVZScXITRpigKhNOdI0YtwCMwMcGwHRdl3Rc0U+pQ+WefAjC4zZHgT