鈾衰變是什麼原理?鈾一直在衰變,為何在46億年後地球上還有鈾?

2020-12-03 魅力科學君

在原子核的內部並不是平靜如水,與之相反,在這裡充滿了各種力的較量。由於同性相斥,電磁力一直在努力地將原子核內帶正電的質子分開,而強相互作用力起的作用,則是將原子核內的質子和中子合併在一起,與此同時,弱相互作用力又一直在尋找機會將中子和質子互相轉換。

需要說明的是,萬有引力在原子內部的作用可以忽略不計,因為它與其他三種力相比,實在是太弱了。

我們可以看出,當一個原子核內的核子(核子是組成原子核的粒子的總稱)多了,它就會變得不夠穩定。這時原子核就有可能向更穩定的狀態轉變,比如說通過減少原子核內的核子數量,來達到穩定原子核的效果,這個過程就就是所謂的「衰變」。

鈾作為在地球上能夠天然存在的最重的元素,其原子核內的核子數量相應也很大,所以鈾是會發生衰變的,其衰變方式主要是從原子核內一次性發射出兩個質子和兩個中子,這被稱之為「α衰變」。

當鈾原子發生「α衰變」後,其質量數會減4,原子序數會減2,這時它就不是鈾原子了。

以上就是鈾衰變的原理。

現在問題來了,從地球誕生開始,地球上的鈾就一直在衰變,那麼為何在46億年後地球上還有鈾?

其實鈾原子發生衰變是有一定的概率性的,對於單個鈾原子來講,衰變有可能在下一秒就發生,也有可能幾百億年後才發生。因此,我們必須觀測一大堆鈾原子的衰變情況,才能夠準確地總結出鈾元素的衰變規律。

在一大堆鈾原子當中,半數的原子核發生衰變時所花的時間,我們稱之為鈾的「半衰期」,關於鈾同位素的半衰期,大家可以參考下圖。

從上圖我們可以看到,天然存在的鈾同位素只有三種,豐度最高的是U-238,其半衰期高達40多億年。也就是說,經過了46億年的漫長時間,地球上的U-238的儲藏量也只是減了個半。

其他同位素如U-235、U-234由因為半衰期相對較短,所以在過去的時間裡被減半了很多次,現在的豐度就變得很低了。

以上就是現在地球上還有鈾的原因。

順便講一下,雖然「α衰變」產生的粒子射程短、能量低、穿透力非常弱,再加上鈾的半衰期很長,似乎天然鈾礦的放射性幾乎可以忽略不計,但是我們還是不能掉以輕心。

特別是不能讓這類「α衰變」放射源進入我們的體內,比如說通過傷口或者嘴巴和鼻子進入身體,這會造成「α射線」的內照射,嚴重威脅我們身體的健康!

好了,今天我們就先講到這裡,歡迎大家關注我們,我們下次再見`

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