天然放射性

天然放射性

天然放射性(Natural radioactivity)是指天然存在的放射性同位素,其能夠從不穩定的原子核自發地放出射線,(如α射線、β射線、γ射線等)而衰變形成穩定元素的屬性。1896年,法國物理學家亨利·貝可勒爾在研究磷光材料時發現,鈾鹽或金屬鈾能使附近包在黑紙里的照相底片感光,從而推斷鈾可以不斷的自動放射出某種看不見的、穿透力相當強的射線。盧瑟福和他的學生弗雷德里克·索迪最早發現許多的衰變會造成核嬗變,會使原子變成另一種原子。這些核素的半衰期很長,在恆星吸積時留在星雲中直到現在。

歷史

1896年,法國物理學家亨利·貝可勒爾在研究磷光材料時發現,鈾鹽或金屬鈾能使附近包在黑紙里的照相底片感光,從而推斷鈾可以不斷的自動放射出某種看不見的、穿透力相當強的射線。

一開始大家認為這種輻射類似剛發現的X光。但是物理學家的研究表明,這種輻射要比X光複雜。盧瑟福首先發現其衰變方式都依循著指數形式衰減,即存在半衰期。盧瑟福和他的學生弗雷德里克·索迪最早發現許多的衰變會造成核嬗變,會使原子變成另一種原子。

根據已有的研究結果我們已經知道, 原子序數在84以上的所有元素都有天然放射性,小於此數的某些元素如碳、鉀等也有這種性質。

天然輻射的產生

地球誕生

太空的宇宙射線

人的身體

泥土

粘土

人工輻射的用途

α粒子的穿透力最小,由1張紙擋住, β粒子可由鋁禁止。穿透力強,必須使用實質性的障礙,例如一層非常厚的鉛。

工業

核能發電

探測焊接點和金屬鑄件的裂縫

工業生產線上的自動品質控制系統

量度電鍍薄膜的厚度

消除靜電

考古

碳十四測年法

生物體在活著的時候會因呼吸、進食等不斷的從外界攝入碳-14,最終體內碳-14與碳-12的比值會達到與環境一致(該比值基本不變),當生物體死亡時,碳-14的攝入停止,之後因遺體中碳十四的衰變而使遺體中的碳-12與碳-14的比值發生變化,通過測定碳-14與碳-12的比值就可以測定該生物的死亡年代。目前在人體中,碳占整個身體質量的18%。生物體的每克碳內含有大約500億個碳-14原子,其中每分鐘大約有10個碳-14原子衰變。

鈾鏷測年法

鈾-234衰變為釷230有80,000年的半衰期,同時鈾235衰變為鏷231有34,300年的半衰期。因為鈾可在水中溶解,但是釷和鏷卻不溶解於水,因此可以用於測定海底沉積層的年代。可用於測量大約到500,000年前的年代。

銣鍶測年法

銣-87衰變成鍶-87有13億年的半衰期。用於測量火成岩和變質岩,還被用於測定月球石。在封閉環境下礦石所含有銣鍶的比例應比較穩定。但因為地質運動等原因測量誤差較大,大概為每30億年有3到5千年誤差。

鈾鉛測年法

通過測量鈾-235和鉛-207以及鈾238和鉛206的比例測量石頭,可以測量大約一百萬到超過45億年的年代,精度大約為測量範圍的0.1-1%。

農業

肥料的吸收及流失

滅蟲

教育及其他

大氣核試爆

電視機

視象顯示器

夜光手錶

煙火感應器

螢光指示牌

避雷針

K輻射

高速電子撞擊原子能階中的K層電子,造成K層能階產生空位而高能階電子往K層遞補,此時減少的能量會轉換成輻射,此輻射稱為K輻射。

N輻射

高速電子撞擊原子能階中的N層電子,造成N層能階產生空位而高能階電子往N層遞補,此時減少的能量會轉換成輻射,此輻射稱為N輻射。

放射性類型

放射性原子核能以許多不同的形式進行衰變以使自身達到更穩定的狀態。根據原子核放射粒子的種類,將放射性主要分為以下為幾種類型:

① α放射性:原子核中放射出一個α粒子(He)。α射線電離作用大,貫穿本領小;

② β放射性:β射線是高速運動的電子流。根據原子核所發射的電子的性質,又可將β衰變分為β衰變和β衰變。β衰變是指原子核中放射出一個正電子(e)和一個電中微子的衰變類型;β衰變是指原子核中放射出一個電子(e)和一個反電中微子的衰變類型。同時,原子核也可以吸收一個軌道電子,並放射出中微子,稱為軌道電子俘獲過程。β射線電離作用較小,貫穿本領較大;

③ γ放射性:γ射線是波長很短的電磁波。γ放射性往往是伴隨α衰變或β衰變過程產生的。α或β衰變的子核一般處於激發態,需要通過釋放γ射線躍遷至基態,即產生γ放射性。γ躍遷的子核和母核的電荷數和質量數均相同,只是核內部狀態不同。γ射線的電離作用小,貫穿本領大。

除了上述三種主要的放射性外,有些原子核還具有質子、中子等其它粒子放射性。

起源

地球上天然放射性的原始核素是超新星核合成時的爆炸殘留物。這些核素的半衰期很長,在恆星吸積時留在星雲中直到現在。而半衰期短的放射性核素是由這些原始核素衰變而成的。宇宙射線核素也會造成自然界中少量的放射性核素。

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