地球的核辐射场与放射性勘探

β-衰变是原子核放出高速电子，实验指出：“只有假 定在β衰变过程中，伴随每一个电子有一个中性粒子 (称之为中微子)一起被发射出来，使中微子和电子的 能量之和为常数，才能解决连续β谱”．由于中微子 既不带电，质量又近为零，在实验中就极难测量，直 到1956年才首次在实验中找到。
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原子的质量应包括原子核的质量和核外各电子 的质量。在原子核物理中通常使用另一个叫做 “原子质量单位”的单位。按现在的规定，取 碳的最丰富的同位素126C原子处于基态的静止 质量的1/12作为1“原子质量单位”，以u表 示．根据计算
1u＝1.660566 X 1.0-27kg
(3) γ衰变 当原子核发生α、β衰变时，往往衰 变到子核的激发态。处于激发态的原子核是不 稳定的，它要向低激发态或基态跃迁，同时放 出γ光子。
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二、天然放射场
地球近地表环境的天然放射场主要是由岩石圈、水圈和大气圈的各种天然放射 性同位素引起的。按其形成和积累的条件，天然放射性元素可以分为四类。
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同位素
原子的质量以“原子质量单位”计算时都接近于一整 数，这整数称为原子核的质量数，或称核子数，以A 表示。
电荷数Z和质量数A是标志原子核特征的两个重要物理 量，常用AZX(或AX)来标记某原子核，其中X代表与Z 相应的化学元素符号。Z和A都相同的原子核称为某种 核素，Z相同而A不相同的原子核称为同位素。
22286Rn
21884Po+42He
α衰变使母核失去2个与电子电荷量相等的正电荷，因此衰变后原子序 数减少2，而子核在周期表上的位置将向前移2位，质量数应减少4。
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(2) β衰变：β衰变是核电荷改变而核子数不变的核衰 变。
它主要包括β- 衰变、 β+衰变和电子俘获。
Mx=Zmp+(A-Z) mn
但实验测定的原子核质量mx总是小于上式所 给出的量值，这一差额称为原子核质量亏损。
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相对论指出，当系统有质量改变时一定也有相应的能 量改变，关系为⊿E=(⊿ m)c2。由此可知，质子和中 子组成核的过程中必有大量的能量放出，这能量称为 原子核的结合能，常用EB来表示．反之，要使原子核 再分解为单个的质子和中子就必须给予和结合能等值 的能量。
实验说明核力具有下列重要的性质： (1)核力比电磁力强100多倍，是强相互作用力； (2)核力是短程力．只有当核子之间的距离为2个fm
（1fm＝10-15m）之内，核力才显示出来。
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结合能
原子核既然是由核子组成的，它的质量就应等 于全部核子质量之和。设以mx、mp、 mn分 别表示原子核AZX 、质子和中子的质量，于是 应该有：
(1)长寿命放射性重元素，是在地球发育的初期形成的，即三个放射性系列的
母元素23892U、23592U和23290Th。
(2)短寿命放射性元素，是23892U、23592U和23290Th的子产物，其中对研究天然
放射场最有意义的是Ra和Rn。
(3)长寿命不成系列的放射性同位素，如4019K、8737Rb、14762Sm等，也是在地
例如氘的结合能为2.23MeV。实验证实，当γ射线光 子具有的能量达到2.23MeV时，就能将氘核分解为自 由的中子和自由的质子。
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原子核的放射性衰变
在人们发现的2000多种同位素中，绝大多数(约1600多种) 都是不稳定的，它们会自发地蜕变，变为另一种同位素， 同时放出各种射线．这样的现象称为放射性衰变。
例如氢有三种同位素，即11H、21H(或21D)和31H(或 31T)，分别称为氢核、氘核(又称重氢)和氚核。
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中子
原子核X是由Z个质子和A-Z个中子所构成。对于轻核，质子数和 中子数近乎相等，对于重核，中子数约为质子数的1．5倍。这 是由核子之间作用力的性质所决定的。
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放射性衰变
原子核的放射性衰变模式主要是α衰变、β衰变和γ衰变(γ跃迁)。
(1) α衰变 α衰变是原子核自发放射出α粒子，即氦核42He。
例如22688Ra(镭)核的α衰变过程如下：
22688Ra
22286Rn+42He
22286Rn（氡 ）核的α衰变过程如下：
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一、几个概念
原子核
在原子世界中，淹没在电子云中的原子核是一 个具有质量和电荷的核心。现在已经弄清楚， 半径仅为原子半径万分之一的原子核，集中着 99％以上的原子质量和全部正电。
原子核带有正电荷，其电量g等于电子电量的 绝对值e的整数倍，亦即g＝Ze。这里，整数Z 称为这元素原子核的电荷数，也就是这化学元 素的原子序数．原子核的质量同原子的质量相 差极小。
例如氦42He核中有两个质子和两个中子；铁5626Fe核中有26个质 子和30个中子；铀23892U核中有92个质 子和146个中子等。
中子在原子核中是构成核的稳定粒子，但在核外并不稳定，一个 自由的中子的平均寿命约15min，它将衰变为一个质子、一个电 子和一个反中微子，因此自由中子是有放射性的。
1896年贝克勒耳(H．Bacquerel)首先发现了铀的放射性 现象，随后于1898年居里夫妇(P.&M.Curie) 又发现了放 射性元素钋和镭，这是人类认识原子核的开始．19-34年 约里奥·居里夫妇(F．&I．Joliot—Curie)发现人工放射性， 从而开始人工制备放射性元素，并为应用放射性开辟了广 阔的途径.
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核力
质子与质子之间有着很大的斥力，中子又不带电，不 可能是电性力使质子、中子聚集成原子核，也不可能 是万有引力， 因为它比电磁力还小1039倍。那么， 是一种什么力能够使质子与质 子，质子与中子，中 子与中子紧紧地束缚在一起呢?经研究发现，这是一 种强相互作用力，称为核力。