衰变亦称"蜕变"。指放射性元素放射出粒子而转变为另一种元素的过程,如镭放出α

• 中文名 衰变
• 外文名 Decay
• 适用范围 经常用于形容化学粒子属性
• 统称 粒子或能量

基本介绍

　　放射性衰变通常都有一定的周期，并且一般不因物理或化学环境而改变，这也就是放射性可用于确定年代的原因。由于一个原子的衰变是自然地发生，即不能预知何时会发生，因此会以机率来表示。假设每颗原子衰变的机率大致相同，例如半衰期为一小时的原子，一小时后其未衰变的原子会剩下原来的二分之一，两小时后会是四分之一，三小时后会是八分之一。

　　原子的某些衰变会产生出另一种元素，并会放出α粒子、β粒子或中微子，在发生衰变后，该原子也会释出伽马射线。衰变后的实物粒子静止质量的总和会少于衰变前实物粒子静止质量的总和，根据质能方程，能量可以表现出质量。当物体的能量增加E，其质量则增加E/C²，当物体的能量减少E，其质量也减少E/C²，如果一个原子核衰变后放出实物粒子，假设该原子核在衰变前相对于某一惯性参照物静止，衰变后的新原子核和所放出的实物粒子相对于该惯性参照物运动，即对于该惯性参照物而言，新原子核和所放出的实物粒子具有动能，当新原子核或所放出的实物粒子与其他粒子发生碰撞，它便会失去能量。因此，衰变前和衰变后质量和能量都是守恒的，粒子的静止质量则不守恒。如果该原子核放出光子，同样的，光子也具有质量，但没有静止质量。通常衰变所产生的产物多也是带放射性，因此会有一连串的衰变过程，直至该原子衰变至一稳定的同位素。

　　发生核衰变的放射性元素有的是在自然界中出现的天然放射性同位素，如碳14，但其衰变只会经过一次β衰变转为氮14原子，并不会一连串地发生。也有很多是经过粒子对撞等方法人工制造的元素。

衰变类型

　　放射性原子核能以许多不同的形式进行衰变以使自身达到更稳定的状态。下表中总结了主要的几种衰变类型。一个质量数为A、原子序数为Z的原子核在表中描述为（A, Z），“子核”一栏以这种描述方式指出母核衰变后产生的子核与母核的不同。例如，（A，−，1，Z）意为“子核质量数比母核少1（即少一个核子），而原子序数比母核多1（即多一个质子）”。

α衰变

　　放射性探测器下的α粒子源α衰变是一种放射性衰变。在此过程中，一个原子核释放一个α粒子（由两个中子和两个质子形成的氦原子核），并且转变成一个质量数减少4，核电荷数减少2的新原子核。

　　一个α粒子与一个氦原子核相同，两者质量数和核电荷数相同。α衰变从本质上说，是量子力学隧道效应[1]的一个过程。与β衰变不同，它由强相互作用支配。

　　衰变产生的α粒子的动能通常为5MeV左右，速度是30,000km/s，光速的十分之一。因为它质量相对较大，带两个单位的正电荷，速度相对较慢（针对其他衰变粒子），所以它们容易与其他原子相互作用而失去能量。因此，它们可以被一层几厘米厚的空气几乎完全吸收。

β衰变

　　量子力学角度的β衰变β衰变是一种放射性衰变。在此过程中，一个原子核释放一个β粒子（电子或者正电子），分为β+衰变（释放正电子）和β-衰变（释放电子）。

　　β-衰变中，弱相互作用把一个中子转变成一个质子，一个电子和一个反电子中微子。其实质是一个下夸克通过释放一个W-玻色子转变成一个上夸克。W-玻色子随后衰变成一个电子和一个反电子中微子。

β-衰变-内部结构模型图

　　β+衰变中，一个质子吸收能量转变成一个中子，一个正电子和一个电子中微子。其实质是一个上夸克通过释放一个W+玻色子转变成一个下夸克。W+玻色子随后衰变成一个正电子和一个电子中微子。

　　与β-衰变不同，β+衰变不能单独发生，因为它必须吸收能量。在所有β+衰变能够发生的情况下，通常还伴随有电子捕获反应。

γ辐射

　　γ射线通常伴随其他形式的辐射产生，例如α射线，β射线。当一个原子核发生α衰变或者β衰变时，生成的新原子核有时会处于激发态，这时，新原子核会向低能级发生跃迁，同时释放γ粒子。这就是γ辐射。

γ辐射(γ粒子)-内部结构模型图

　　γ射线，x-射线, 可见光和紫外线,都是不同形式的电磁辐射。唯一的区别是光的频率，也就是光子的能量。γ光子的能量最高。

变化规律

　　在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。

　　① α衰变:随着α衰变，新核在元素周期表中位置向前移2位，即

　　② β衰变:随着β衰变，新核在元素周期表中位置向后移1位，即

　　③ γ衰变:随着γ衰变，变化的不是核的种类，而是核的能量状态。但一般情况下，γ衰变总是伴随α衰变或β衰变进行的。

半衰期间

　　放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期。不同的放射性元素的半衰期是不同的，但对于确定的放射性元素，其半衰期是确定的。它由原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关。

例题分析

　　[[例 1]] 关于天然放射现象，以下叙述正确的是()

　　A.若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小

　　B.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的

　　C.在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强

　　D.铀核(238

　　92 U)衰变为铅核(206

　　82 Pb)的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变

　　[[解析]] 半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关，A错;β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，1

　　0 n1

　　1 H+0

　　-1 e，B对;根据三种射线的物理性质，C对; 238

　　92U的质子数为92，中子数为146， 206

　　82Pb的质子数为82，中子数为124，因而铅核比铀核少10个质子，22个中子。一次α衰变质量数减少4，故α衰变的次数为x==8次。再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y应满足2x-y+82=92， y=2x-10=6次。故本题正确答案为B、C.

　　[点评] (1) 本题考查α衰变、β衰变的规律及质量数，质子数、中子数之间的关系。

　　(2) β衰变放出的电子并不是由核外电子跃迁出来的，而是从核中衰变产生的。

　　[巩 固 练 习]

　　1. 下列说法正确的是()

　　A.γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转

　　B. β射线比α射线更容易使气体电离

　　C. 太阳辐射的能量主要来源于重核裂变

　　D. 核反应堆产生的能量来自轻核聚变

　　2. 一个氡核222

　　86Rn衰变成钋核218

　　84Po并放出一个粒子，其半衰期为3。8天。1 g氡经过7。6天衰变掉的质量，以及222

　　86Rn衰变成218

　　84Po的过程放出的粒子是()

　　A. 0。25 g，α粒子 B. 0。75 g，α粒子

　　C. 0。25 g，β粒子 D. 0。75 g，β粒子

　　参考答案

　　1. A γ射线中的γ光子不带电，故在电场与磁场中都不会发生偏转，A正确;α粒子的特点是电离能力很强，B错;太阳辐射的能量主要来源于轻核的聚变，C错;核反应堆产生的能量是来自于重核的裂变，D错。

　　2. B 经过了两个半衰期，1 g的氡剩下了0。25 g，衰变了0。75 g，根据核反应方程的规律，反应前后的质量数和荷电荷数不变，可得出是α粒子，所以B正确。