放射性元素的基础知识

一、有关放射性元素的基础知识

1.为什么同位素具有放射性如果两个原子质子数目相同，但中子数目不同，则他们仍有相同的原子序，在周期表是同一位置的元素，所以两者就叫同位素。有放射性的同位素称为“放射性同位素”没,有放射性的则称为“稳定同位素”，并不是所有同位素都具有放射性。

自 19 世纪末发现了放射性以后，到 20 世纪初，人们发现的放射性元素已有30 多种，而且证明，有些放射性元素虽然放射性显著不同，但化学性质却完全一样。

1910 年英国化学家 F. 索迪提出了一个假说，化学元素存在着相对原子质量和放射性不同而其他物理化学性质相同的变种，这些变种应处于周期表的同一位置上，称做同位素。

不久，就从不同放射性元素得到一种铅的相对原子质量是 206.08 ，另一种则是208。1897年英国物理学家 W.汤姆逊发现了电子，1912年他改进了测电子的仪器，利用磁场作用，制成了一种磁分离器（质谱仪的前身）。当他用氖气进行测定时，无论氖怎样提纯，在屏上得到的却是两条抛物线，一条代表质量为 20 的氖，另一条则代表质量为 22 的氖。这就是第一次发现的稳定同位素，即无放射性的同位素。当 F.W. 阿斯顿制成第一台质谱仪后，进一步证明，氖确实具有原子质量不同的两种同位素，并从其他70 多种元素中发现了 200 多种同位素。到目前为止，己发现的元素有 109 种，只有 20 种元素未发现稳定的同位素，但所有的元素都有放射性同位素。大多数的天然元素都是由几种同位素组成的混合物，稳定同位素约 300 多种，

而放射性同位素竟达 1500 种以上。

1932 年提出原子核的中子一质子理论以后，才进一步弄清，同位素就是一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子。由于质子数相同，所以它们的核电荷和核外电子数都是相同的（质子数=核电荷数 = 核外电子数），并具有相同电子层结构。因此，同位素的化学性质是相同的，但由于它们的中子数不同，这就造成了各原子质量会有所不同，涉及原子核的某些物理性质（如放射性等），也有所不同。一般来说，质子数为偶数的元素，可有较多的稳定同位素，而且通常不少于 3 个，而质子数为奇数的元素，一般只有一个稳定核素，其稳定同位素从不会多于两个，这是由核子的结合能所决定的。

同位素的发现，使人们对原子结构的认识更深一步。这不仅使元素概念有了新的含义，而且使相对原子质量的基准也发生了重大的变革，再一次证明了决定元素化学性质的是质子数（核电荷数），而不是原子质量数。

2.放射性同位素的特点

放射性同位素（ radioisotope ）是不稳定的，它会“变”。放射性同位素的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素，这就是所谓“核衰变”。放射性同位素在进行核衰变的时候，可放射出a射线、B射

线、丫射线和电子俘获等，但是放射性同位素在进行核衰变的时候并不一定能同时

放射出这几种射线。核衰变的速度不受温度、压力、电磁场等外界条件的影响，也不受元素所处状态的影响，只和时间

有关。放射性同位素衰变的快慢，通常用“半衰期”来表示。半衰期（ half-lif e）即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一半时所需要的时

间。如P（磷）—32的半衰期是14.3天，就是说，假使原来有100万个P（磷）－32 原子，经过 14.3 天后，只剩下 50 万个了。半衰期越长，说明衰变得越慢，半衰期越短，说明衰变得越快。半衰期是放射性同位素的一特征常数，不同的放射性同位

素有不同的半衰期，衰变的时候放射出射线的种类和数量也不同。

3.放射性强度及其度量单位放射性同位素原子数目的减少服从指数规律。随着

时间的增加，放射

性原子的数目按几何级数减少，用公式表示为：N二NOe-入这里，N为经

过t时间衰变后，剩下的放射性原子数目，N 0为初始的放射性原子数目，入为衰变常数，是与该种放射性同位素性质有关的常数，入=y（t） = e-

0.693t

/ T其中T指半衰期。放射性同位素不断地衰变，它在单位时间内发生衰变的原子数

目叫做放射性强度（ radioactivity ），放射性强度的常用单位是居里

（curie ），表示在1秒钟内发生3.7 X1010次核衰变，符号 Ci。1Ci=3. 7X 1010dps=2.22 X 1012dpm 1mCi=3.7 X 107dps=2.22 X 109dpm 1 卩 Ci=3.7

X104dps=2.22 X106dpm 1977 年国际放射防护委员会（ ICRP ）发表的第 2 6 号出版物中，根据国际辐射单位与测量委员会（ ICRU ）的建议，对放射性强度等计算单

位采用了国际单位制（ SI），我国于 1986 年正式执行。在 SI 中，放射性强度单位用贝柯勒尔（ becquerel ）表示，简称贝可，为 1 秒钟内发生一次核衰变，符号

为 Bq。 1Bq=1dps=2.703X 10-11Ci 该单位在实际应用中减少了换算步骤，方便了使用。

4.射线与物质的相互作用放射性同位素放射出的射线碰到各种物质的时候，会

产生各种效应，

它包括射线对物质的作用和物质对射线的作用两个相互联系的方面。例如，射线能够使照相底片和核子乳胶感光；使一些物质产生荧光；可穿透一定厚度的物质，在穿

透物质的过程中，能被物质吸收一部分，或者是散射一部分，还可能使一些物质的

分子发生电离；另外，当射线辐照到人、动物和植物体时，会使生物体发生生理变化。射线与物质的相互作用，对核射

线来说，它是一种能量传递和能量损耗过程，对受照射物质来说，它是一

种对外来能量的物理性反应和吸收过程。

各种射线由于其本身的性质不同，与物质的相互作用各有特点。这种

特点还常与物质的密度和原子序数有关。a射线通过物质时，主要是通过电

离和激发把它的辐射能量转移给物质，其射程很短，一个 1 兆电子伏（ 1 MeV ）的a射线，在空气中的射程约1.0＜厘米，在铅金属中只有 23微米