核衰变是原子核自发射出某种粒子而变为另一种核的过程。认识原子核的重要途径之一。1896年法国科学家A.H.贝可勒尔研究含铀矿物质的荧光现象时,偶然发现铀盐能放射出穿透力很强可使照相底片感光的不可见射线,这就是衰变产生的射线。除了天然存在的放射性核素以外,还存在大量人工制造的其他放射性核素。放射性的类型除了放射α、β、γ粒子以外,还有放射正电子、质子、中子、中微子等粒子以及自发裂变、β缓发粒子等等。
放射性核衰变的常见类型有哪些?
科学研究表明,稳定性核素对核子总数有一定限度(一般为A≤209),而且中子数和质子数应保持一定的比例(一般为N/Z=1~1.5,也有个别例外)。任何含有过多核子或N/Z不适当的核素,都是不稳定的。A≥209的核素,即元素周期表中钋(Po)之后的所有元素的核素都具有放射性(钋之前的元素,有的核素也具有放射性),它们或是自发地放射出α射线(即He核),而转变成A较小的新核;或是因核素的N/Z不适当,其核内的中子与质子会自发地相互转变,从而改变N/Z的值,并同时放出一个β-(或β+)粒子。核素衰变后产生的新核几乎都是处在激发态,这样的核或是自发地放射出γ光子而转变到基态或较低能态,或是继续进行α衰变(或β衰变),直到变成一个稳定的核素为止。放射性核衰变的类型有α衰变、β衰变和γ衰变三种,分别放出α射线、β射线和γ射线。还应明确,不论是发生了上述的哪一种核衰变,其衰变过程都遵从电荷数守恒、质量数守恒和能量守恒。
可对放射性核衰变的常见类型归纳如下:
α衰变:放射性核素放射出α粒子后变成另一种核素。子核的电荷数比母核减少2,质量数比母核减少4。α粒子的特点是电离能力强,射程短,穿透能力较弱。
β衰变:β衰变又分β-衰变、β+衰变和轨道电子俘获三种方式。
(1) β-衰变:放射出β-粒子(高速电子)的衰变。一般地,中子相对丰富的放射性核素常发生β-衰变。这可看作是母核中的一个中子转变成一个质子的过程。
(2) β+衰变:放射出β+粒子(正电子)的衰变。一般地,中子相对缺乏的放射性核素常发生β+衰变。这可看作是母核中的一个质子转变成一个中子的过程。
(3) 轨道电子俘获:原子核俘获一个K层或L层电子而衰变成核电荷数减少1,质量数不变的另一种原子核。由于K层最靠近核,所以K俘获最易发生。在K俘获发生时,必有外层电子去填补内层上的空位,并放射出具有子体特征的标识X射线。这一能量也可能传递给更外层电子,使它成为自由电子发射出去,这个电子称作“俄歇电子”。