放射核化学(精)

正电子在独立存在时是稳定的，但与电子相遇时就一 起转化为一对光子。 反质子 P － 与质子具有相同的特征，只是电荷相反， 在自然界反质子不能稳定存在，因为它能同物质相互作用 而迅速毁灭。 如 果 由 一 个 中 子 10n 变 为 一 个 质 子 11P 和 一 个 电 子 0 － 1e(三个粒子的自旋均为 1/2)时，为了平衡自旋需要生成 一个中微子00ν。中微子静止质量为0，电中性，自旋1/2， 以光速运动，几乎不被物质所吸收，穿透力极强。 可以将中子看成是被等量的负电荷所围绕的质子，作 为一个整体，中子是电中性的。
8步衰变
207 82Pb。 208 82Pb； 82Pb；
14步衰变
206
Ac(4n＋3)系，包括15种核素，由23592U 3步衰变 22789Ac
每一种基本粒子都有确定的质量、电荷、自旋和平均 寿命，它们多数是不稳定的，在经历一定的平均寿命后转 化为别种基本粒子。 根据基本粒子的静止质量大小及其他性质差异可将基 本粒子分为四类：光子、轻子、介子和重子(包括核子，超 子)。 一些重要的基本粒子的性质已经确定并列成了表，认 识这些基本粒子的特性对了解放射性衰变具有重要意义。 物质是无限可分的，基本粒子的概念将随着人们对物 质结构认识的进展而不断发展。 事实上，“基本粒子”也有其内部结构，因而不能认 为“基本粒子”就是物质最后的最简单且基本的组成单元， 而且，也并非所有的基本粒子都存在于原子核中，一些基 本粒子，如正电子、介子、中微子等都是核子(质子和中子 的总称)——核子以及质——能相互作用的副产物。
(4) β＋-射线 0＋1β或0＋1e 作为电子的反物质 β ＋ ，它的质量和电子相同，电荷 也相同，只是符号相反。 β＋衰变可看成是核中的质子转化为中子的过程： 1 P 1 n＋ 0 0 1 0 ＋1e＋ 0ν 式中 00ν 是反中微子。当 β ＋ 粒子中和一个电子时，放 出两个能量为0.51 MeV的 γ -光子(这种现象叫“湮没”)。 β＋＋ β－ 2γ (5) K电子俘获 人工富质子核可以从核外 K层俘获一个轨道电子，将 核中的一个质子转化为一个中子和一个中微子： 1 P＋ 0 1 n＋ 0 ν e 1 －1 0 0 7 Be＋0 7 Li＋0 ν 4 －1e(K) 3 0 在K电子俘获的同时还会伴随有X-射线的放出，这是 由于处于较高能级的电子跳回K层，补充空缺所造成的。
(2) β-射线 0－1β(或0－1e) β- 射线是带负电的电子流，速度与光速接近，电离 作用弱，穿透能力约为α-射线的100倍。 核中中子衰变产生0－1β： 1 n 1 P＋ 0 0 ν e ＋ 0 1 －1 0 核素经β衰变后，质量数保持不变，但子核的核电荷 较母核增加一个单位，在周期表中位置右移一格。如 210 Pb 210 Bi＋0 0 ν e ＋ 82 83 －1 0 (3) γ-射线 γ- 射线是原子核由激发态回到低能态时发射出的一 种射线，它是一种波长极短的电磁波(高能光子)，不为电 场、磁场所偏转，显示电中性，比X-射线的穿透力还强， 因而有硬射线之称，可透过200 mm厚的铁或88 mm厚的 铅板，没有质量，其光谱类似于元素的原子光谱。 发射出 γ- 射线后，原子核的质量数和电荷数保持不 变，只是能量发生了变化。
第12章 放射性和核化学
12.1 放射性衰变过程－自发核反应 12.2 放射性衰变动力学 12.3 核的稳定性和放射性衰变类型的预测 12.4 质量亏损和核结合能 12.5 核裂变与核聚变 12.6 超重元素的合成
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第12章 放射性和核化学
原子核通过自发衰变或人工轰击而进行的核反应与化 学反应有根本的不同： 第一，化学反应涉及核外电子的变化，但核反应的结 果是原子核发生了变化。 第二，化学反应不产生新的元素，但在核反应中，一 种元素嬗变为另一种元素。 第三，化学反应中各同位素的反应是相似的，而核反 应中各同位素的反应不同。 第四，化学反应与化学键有关，核反应与化学键无关。 第五，化学反应吸收和放出的能量大约为 10 ～ 103 kJ· mol－1，而核反应的能量变化在108～109 kJ· mol－1。 最后，在化学反应中，反应前后物质的总质量不变， 但在核反应中会发生质量亏损。
12.1 放射性衰变过程－自发核反应
12.1.1 基本粒子简介
基本粒子是泛指比原子核小的物质单元，包括电子、 中子、质子、光子以及在宇宙射线和高能原子核实验中 所发现的一系列粒子。 已经发现的基本粒子有 30 余种，连同它们的共振态 (基本粒子相互碰撞时，会在短时间内形成由二个、三个 粒子结合在一起的粒子)共有300余种。 许多基本粒子都有对应的反粒子。
12.1.2 放射性射线
天然放射性核素在衰变时可以放出三种射线：
(1) α-射线 42He2＋ α-射线是带二个正电荷的氦核流，粒子的质量大约为 氢原子的四倍，速度约为光速的1/15，电离作用强，穿透 本领小，0.1 mm厚的铝箔即可阻止或吸收α-射线。 母核放射出α-射线后，子体的核电荷和质量数与母体 相比分别减少2和4。子核在周期表中左移二格，如 226 Ra 222 Rn2－＋4 He2＋。 88 86 2 一般认为，只有质量数大于209的核素才能发生α衰变， 因此，209是构成一个稳定核的最大核子数。
(6) 中子辐射
1
0n
具有高中子数的核都可能发生中子衰变，不过，由 于核中中子的结合能较高，所以中子衰变较为稀少。 87 Kr 86 Kr＋1 n＋0 ν 36 36 0 0
12.1.3 放射性衰变系
在自然界出现的天然放射性核素，按其质量，可以划 分为Th、U和Ac三个系列。 其中Th、U和Ac是三个系列中半衰期最长的成员。它 们通过一系列的α和β衰变，变成原子序数为82的铅的同位 素。 系与系间没有交错，即一个序列的核不能衰变为另一 序列的核。 Th(4n)系，包括13种核素，由23290Th10步衰变 U(4n＋2)系，包括18种核素，由23892U