放射性物质基础知识

关于放射性物质基础知识（α、β、γ射线）

一、放射性元素

有些元素能够自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线（如α、β、γ射线等），同时释放出能量，最终衰变形成稳定元素，这种性质称为放射性，这类元素称为放射性元素。在元素周期表上，原子序数大于 83 的元素都是放射性元素，83 以下的元素中只有锝（Tc，原子序数 43）和钷（Pm，原子序数 61）是放射性元素。

放射性元素可以分为天然放射性元素和人工放射性元素。天然存在的放射性元素只有钋、氡（气体）、钫、镭、锕、钍、镤和铀，其中铀和钍最为常见；人工放射性元素是通过核反应人工合成的元素，如锝、钷和原子序数大于 93 的元素，比较出名的就是锝（用于医疗）和钚（用于核工业）。

二、放射性同位素

同位素是同一元素的不同种原子，它们具有相同的质子数，但中子数却不同。例如原子序数为 1 的氢就有三种同位素，分别是氕（H）、氘（D）、氚（T），它们的原子内都只有一个质子，但分别有 0、1、2 个中子。在自然界，H 占氢元素的 99.98%，D 占 0.016%，T 主要通过人工合成（自然界里极微量的 T 是宇宙射线与上层大气间作用，通过核反应生成的）。这三种同位素里，T 具有放射性。

碳（C）在自然界有 3 种同位素，它们是 C-12，C-13，C-14，

其中 C-14 具有放射性（占碳元素的百万分之一），可以用来测文物年代。

钾（K）在自然界也有 3 种同位素，它们是 K-39，K-40，K-41，其中 K-40 具有放射性（占钾元素的 0.01%，它是岩石和土壤中天然放射性本底的重要来源之一。

铀（U）在自然界同样有 3 种同位素，它们是 U-234（0.005%），U-235（0.720%），U-238（99.275%），它们都具有放射性。

同位素分为稳定同位素和放射性同位素，它们按一定的比例在自然界存在。碳和钾虽然有天然的放射性同位素，但含量极少，所以这两种元素不被认为是放射性元素。更多的放射性同位素是由人工合成，服务于国防、生产、科研、医疗等领域。

原子弹威力不等同于放射性危害很多人对放射性的过度恐惧来自于原子弹，但放射性危害只是原子弹的第三重影响，原子弹最大的破坏力来自于光热和冲击波，它们是裂变反应（而非放射性）的结果。当较重的原子核发生裂变时会发生质量亏损，损失的质量按照爱因斯坦的质能方程（E=mc2，能量 = 质量 x 光速的平方）转换成了巨大的能量。例如，1945 年在日本广岛上空爆炸的原子弹，裂变反应中仅有 1g 的质量转化成能量，但它的威力却相当于 16 万吨黄色炸药发生爆炸，瞬间摧毁了整个城市，并造成十几万人当场死亡。随之而来的才是漫长的放射性危害，而放射性危害是我们需要深入了解的。

三、三种射线

放射性物质具有α和β衰变形式，分别释放出α射线和

β射线，多余的能量通过γ射线释放。一般放射性物质衰变的时候，α、β、γ三种射线同时产生。

α射线是氦原子核（两个质子，两个中子），带两个正电荷；β射线的是电子，带一个负电荷；γ射线是是光子（电磁波），只是波长更短，能量更高。三种射线中以α射线的电离能力最强，对人体伤害最大，但其穿透力相当弱，几厘米的空气或纸张就能完全挡住α射线，更不用说穿透皮肤了；β射线电离能力较弱，但具有较好的穿透力，可以被 3mm 的铝板阻挡；γ射线具有极强的穿透力，超过 X 射线，可以穿透几厘米厚的铅板，但由于它的电离能力最弱，所以对人体造成的伤害最小。?

α和β射线经过几英寸的空气或者普通玻璃就会被阻隔，γ射线穿透力虽强，但对人体的伤害也最小，所以放射性物质在体外对人造成的危害是相当有限的。但如果放射性物质进入体内，危害就要大得多，这在后文的“内照射”中将作解释。有一点要记住，α射线的内照射是各种放射性危害中最大的。

四、半衰期

? ? 放射性元素的原子在释放α、β、γ射线的同时，会衰变成其它元素，这种衰变有一定的速率。当原子中有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期。

在自然界，只有 4 种主要的放射性元素和地球寿命差不多：

? ?? ???铀-238：半衰期是 45 亿年

? ?? ???铀-235：半衰期是 7 亿年

? ?? ???钍-232：半衰期 140 亿年

? ?? ???钾-40：半衰期 12.8 亿年

其它天然放射性元素钋、氡（气体）、钫、镭、锕、镤都是铀-238、铀-235、钍-232 衰变链中的产物。很多放射性元素因为半衰期较短，在自然界几乎已无存在其矿物：例如钚最稳定的同位素钚-244 的半衰期是 8200 万年，对于 46 亿年的地球历史来说，天然存在的钚早就减半减半再减半了不知多少次了，几乎可以说没有了，更不用说聚集成矿了。所以，放射性矿物不是含铀就是含钍（钾-40 只占钾元素的 0.01%，含量太少了）。

通常来说，半衰期越短的放射性核素，其放射性也越强。钍-232 的半衰期是 140 亿年，放射性是 4 种主要放射性元素中最弱的。值得一提的是氡，它是放射性监测的重点对象，因为它是气体，容易通过呼吸道进入人体，形成内照射。让人高兴的是，氡的半衰期只有 4 天，不用多久它就可以大部分衰变成稳定元素，而不再具有放射性。但危险之处也在此，短半衰期意味着它的放射性更强。

利用放射性核素的半衰期，我们可以做很多事情：

例如 C-14 测年法：古代生物在活着的时候，不断从环境摄入C-14，机体维持着 C-12 和 C-14 的平衡。当生物体死后，新陈代谢停止，体内的 C-14 因为衰变而逐渐减少。由于 C-14 的半衰期是 5730 年，可以根据 C-14 的残留推算出生物的年代。C-14 只能准确测出 5-6 万年以内的出土文物或化石，对于例如生活在五十万年以前的周口店北京猿人，利用 C-14 测年法是无法测定出来的。

在核医学临床应用中使用最广的核素是锝99m，半衰期只有6.02 小时，射线能量适中，可利用其杀死癌细胞，但又不至于在体