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19.2:

放射性类型

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Química
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放射性核素 随着粒子或电磁辐射的发射 分解为子核素。基本核辐射 包括阿尔法粒子、贝塔粒子、正电子、中子、伽马射线和 X 射线。阿尔法粒子由两个质子和两个中子组成,类似于氦-4 原子核。这些粒子中的每一个都具有两个以上的电荷。阿尔法衰变使原子序数减少 2,质量数减少 4,就像钋-210 转化为铅-206 一样。贝塔减衰变是通过将中子转化为质子,从原子核中发射高能电子。子核素带有一个其他质子,它的原子序数 比母核素大 1。在这个过程中,中子数减少了1 然而,质子数增加了 1。因此,质量数保持不变。贝塔加衰变是 质子转变为中子,从原子核中发射出带正电荷的粒子。这个粒子的质量与电子相同,因此它是电子的反粒子,被称为正电子。发射的正电子使子核素的 原子序数减少 1。正电子的寿命很短,因为它会迅速 与一个电子碰撞,两个粒子都被湮灭。它们的能量以两种 511 keV 伽马射线的形式释放出来。当激发态子核素 衰变到它的核基态时,也会发生伽马辐射的 发射。因此,钴-60 的贝塔减衰变 会产生激发态镍-60,它在 下降到核基态时发射出两种伽马 射线。质量数和原子序数 在伽马衰变过程中不发生变化。伽马辐射的发射与其他核衰变反应 同时发生。中子发射是中子从原子核中射出。它可以自发发生,就像铍-13 衰变为铍-12,或者响应伽马射线或 粒子的轰击。在这个过程中,原子序数保持不变,而质量数减少 1。钾-40 转化为氩-40 是由于 电子捕获而产生能量发射的例子。钾原子核捕获原子内部的一个电子,一个质子转化为一个中子。一个外层电子下降到内层 填补空位,其特征是 发射出 x 射线,其能量与跃迁 相对应。阿尔法粒子是核粒子中质量最大的粒子,它的穿透能力非常低,而伽马辐射会穿透 大多数材料。中子和贝塔粒子可以被相对 较轻的材料有效阻挡。

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放射性类型

最常见的放射性类型是 α 衰变, β 衰变, γ 衰变,中子辐射和电子捕获。

α (α) 衰减是 α μ L 粒子从核中发射的。 例如, 钋 -210 α 衰变:

Eq1

α 衰变主要发生在重核中 (A > 200 , Z > 83)。 α 粒子的损失会使一个子核素,其质量号 4 单位小于原子号 2 单位小于母核素。

β (β) 衰变是指一个核心的电子或正电子的发射。 碘 -131 是 β 衰变的核素示例:

Eq2

发射的电子来自原子核,不是围绕原子核的电子之一。 电子的发射不会改变核素的质量数量,但会增加其质子数量并减少中子数量。 一个抗中微子 ( Eq6由于能量的保护,也会发出。

氧 -15 是 β 正电子排放或 Δ + 衰变的核素示例:

Eq3

正电子衰减是指质子通过正电子辐射转化为中子。 由于保护了能量,还发射了一个中子 νe。

当一种核素在兴奋状态下形成,然后通过发射 γ º 射线 (一个高能量电磁辐射的量子) 衰减到地面状态时,就会观察到伽马辐射 (γ º 辐射)。 处于兴奋状态的核子的存在通常用星号 (*) 表示。 钴 -60 发射 γ 辐射,用于多种应用,包括癌症治疗:

Eq4

发射 γ μ L 射线期间,质量编号或原子编号没有变化。 但是, γ 辐射可能伴随着其他一种衰变模式,这种模式会导致质量数量或原子数量的变化。

中子辐射是指中子从核中弹出。 这种情况可能会自动发生,如铍 -13 衰减到铍 -12 ,或因伽马射线或粒子的轰炸而发生。 在此过程期间,原子数量保持不变,而质量数量则减少 1。

原子核捕获原子中的一个内部电子时,就会发生电子捕获。 例如, 钾-40对电子捕获造成了损害:

Eq5

当内壳电子与质子结合并转换为中子时,就会发生电子捕获。 内壳电子的丢失留下了一个空缺,其中一个外电子将填补该空缺。 当外电子进入出缺状态时,它将发射能量。 在大多数情况下,发射的能量将采用 X 射线形式。 电子捕获对核子的影响与正电子辐射的影响相同:原子数量减少一个,质量数量不变。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第21.3节: 放射性衰变。

Leitura Sugerida

  1. Cottingham, W. N., Greenwood, D. A. (2001). An Introduction to Nuclear Physics. Cambridge, U.K. Cambridge University Press.