3.原子核稳定性与“幻数”的关系 当质子数Z为2、8、20、28、50和82或者中子数N为2、 8、20、28、50、82和126时,稳定核素较多,原子核稳定性 高,Z和N的这些数值称为“幻数”。例如特别稳定的核素铅 208,其质子数Z=82,中子数N=126,Z和N都为“幻 数”,这种核称为“双幻数核”。近多年来,一些科学家根 据核力和结合能理论预言:质子数Z的幻数在82以后,将可 能是114和126;中子数N的“幻数”在126以后将可能是 184。因此,在“双幻数核”20Pb以后,可能将有一个质子 数Z=114,N=184的“双幻数核”出现,即可能存在一个 比较稳定的新元素3X。除此以外,还将有一组原子序数Z 从108到126,中子数N从176到190的新元索存在。由于这些 薪元素都比较重,其中最轻的质量数将达到284,比目前已 经发现的最重的元素—109号元素(A=266)还要重,因 此称它们为超重元素,而这些元素也将是放射性核素。 17
第二章放射性 2.1放射性的发现 1896年法国科学家亨利·贝可勒尔(H. Becquerel)发 现,从铀的化合物中自发地放出一种辐射,它能穿透黑纸而 使里面的照相底片感光,由此发现了天然放射性 某些核素具有自发地放出粒子,或γ射线,或在发生轨 道电子俘获之后放出X射线,或发生自发裂变的性质,这些 性质称为放射性。具有放射性的核素称为放射性核素。1900 年卢瑟福和索迪(Sody)经过进一步研究指出:放射性现 象和原子核从一种结构或能量状态自发地转变为另外一种结 构或能量状态相联系。微观粒子系统从某一状态到另一状态 的过渡称为跃迁。放射性核素放射出来的粒子或辐射是原子 核发生自发跃迁的结果。 2.2自发核跃迁的主要类型 1898年玛丽( Marie)和皮埃尔·居里( Pierre curie) 从铀的矿石中发现了放射性活度比铀更强的钋和镭。他们还 发现:镭放出三种射线,这三种射线,在磁场中表现出不同 的偏转行为,如图2.1所示。 18
图2.1镭的三种射线在磁场屮的偏转 1—镭源:2—铅屏蔽。磁场方向垂直地离开纸面。 原子核放射出来的粒子同原子核发生自发跃迁类型有关。自 发核跃迁的主要类型有 衰变 原子核由于自发地放出a射线而转变成另外一种原子核 的过程叫做a衰变。a射线实际上就是带有两个正电荷的氦 4原子核,它们在磁场中只有轻微的偏转。图2.1中向右偏 转的一束射线,即a射线。 镭-226放出一个a粒子变成了氡-222,这种衰变过程,可 用如下反应式表示: Ra->22Rn十a+Q (2.1) 原子核发生a衰变的一般式为 2X->-2Y+2a+ 2.2
式中,X称为母体核素 z-4Y称为子体核素。 Q为衰变能。它是在原子核衰变过程中,由核内部所释 放出来的能量,它包括a粒子所带走的动能和剩余核,即子 体核的反冲能。 根据质能联系公式,衰变能Q可由下式计算得到: Q=[M(Z,A)-(M(Z-2,A-4)+2m+ma)]c2 (2.3) 式中,M(Z,A),M(2-2,A-4)分别表示母体核素与子 体核素的原子质量。 分别代表a粒子、电子质量 如用M(He)代表He原子质量,则 M(He)≈ma+2m,故(2.3)式变为: Q=CM(Z, A)-(M(Z-2, A-4)+MC2He)Jc2 (24) 若一核素能够进行∝衰变,其衰变能Q必须为正值。因 此,只有在满足如下条件 M(Z,A)>M(z-2,A-4)+M(He)(2.5) 或 M(Z,A)-M(2-2,A-4)>M(He)(2.6) 时,才有可能发生a衰变。 2.β衰变 B射线是一束高速电子流,它们在磁场中有较大的偏 转。 原子核由于自发地放出B粒子而转变成另外一种原子核 的过程称为β衰变。例如铅-214经过变生成新核铋-214。 这个衰变过程可写为 20
2Pb>23Bi+B-十v+Q (2.7) 式中,B-一电子,有时也写为e 反中微子 Q一衰变能。 原子核进行衰变的一般式: X>2+Y十1e十十Q (2.8) 反中微子是在B-衰变过程中伴随粒子而放射出来的一 种基本粒子,常用符号表示。它的反粒子称为中微子,以 符号y表示。y与都不带电,它们的静止质量可近似看成 为零,它们与其它物质相互作用极为微弱,因而穿透能力极 强。 原子核是山质子和中子组成。B-衰变可以看成是母体核 内一个中子衰变,生成一个质子放出一个电子和一个反中徵 子的过程。衰变能Q可以从核静止质量和子核、电子及反 中微子的质量差求出。 Q=LM(Z,4)-(M(Z+1,A)+ma+m-m)]2 (2.9) 式中,M(Z,A),M(Z+1,A)分别为母休、子体核素的原 子质量。 m、m分别为电子及反中微子静止质量。由于m≈0, 及m=m,所以 Q=M(Z,A)-M(z+1,A)]c2 (2.10) 由此得到:若一核素能够发生β-衰变,衰变能Q必须是正 值,即 M(Z,A)-M(Z+1,A)>0 (2.11) 只有当母体核素的原子质量大于子体核素的原子质量时,才 21