放射性到底是什麼?

2020-12-03 鍾銘聊科學

什麼是放射性?

要搞清楚這個問題,我們就得先從「放射性」自身的定義入手。放射性是指:

元素從不穩定的原子核自發地放出射線,比較常見的有α射線、β射線、γ射線等,而衰變形成新的,穩定的,元素的原子(衰變產物)而停止放射的現象。

這其實是一種隨機現象。科學家發現原子序數高於83的元素原子都具有放射性。低於83的,有一些元素原子也有。

我們可以把α射線、β射線、γ射線的過程簡單地講一下:

α射線是指原子量較大的元素原子的原子核放出一個氦核,變成一個原子量較小的元素原子,這個α射線就是氦核。

β射線是指原子核放出一個電子和中微子,抓變成另外一個種原子核的過程。這裡的β射線就是電子束。

γ射線是指原子發生衰變時,為了穩定下來,放出的能量。

α射線、β射線、γ射線和那些因素有關係呢?

其實這三者應該分開說,它們並不是一個問題。

α射線和強相互作用

α射線來自於α衰變。這個α射線其實是氦核,它是由兩個質子和中子組成的。當原子核放出一個氦核後,原子序就會減少兩個單位。我們最常見的其實就是鈾-238通過α衰變形成釷-234。

那α衰變是咋回事呢?

實際上,α衰變是一種核裂變,這當中涉及到α粒子的隧穿效應。

我們要知道的是,之所以能夠形成原子核,主要依賴強相互作用和弱相互作用。其中強相互作用分兩種,

一種是膠子束縛膠子形成質子和中子。膠子就好像是繩子,而夸克就好像是小球,膠子把夸克拴在了一起。

另外一種強相互作用是介子把質子和中子束縛在原子核內。前一種強相互租用特別強,而後一種相對要弱不少。

當一個原子核不夠穩定時,介子傳遞的這種強相互作用就無法束縛住質子和中子,於是就會發生α衰變。

β射線和弱相互作用

強相互作用被我們稱為強核力,而弱相互作用被我們稱為弱核力。β射線其實就和弱相互作用有關。這裡指的是原子核內的中子在弱相互作用下發生衰變,衰變成一個質子、一個電子、中微子。根據粒子物理標準模型,傳遞弱相互作用的是W玻色子和Z玻色子。

常見的有碳14原子發生β衰變,變成氦原子,並釋放出電子和反中微子。

γ射線與能量最低原理

在發生衰變的同時,為了穩定下來,都會釋放出能量,這就是γ射線。那麼問題來了,為什麼總是要放出能量呢?

實際上,包括前面的β衰變以及γ射線,它們都遵循著同一個原理,我們都管整個原理叫做能量最低原理。

那什麼是能量最低原理呢?

說白了就是萬物都是比較懶的,都趨向於穩定,所以常常會通過放出能量,讓自己穩定下來。

我們可以從重新看一下β衰變,通過愛因斯坦的質能等價,我們知道質量裡有能量,能量有質量,它們是一個東西。

而中子的質量正好要比質子、電子、中微子的質量要大,因此對應到能量,中子所有的能量就要比質子、電子、中微子對應的能量要高。根據能量最低原理,要從高能量狀態向低能量狀態轉移,因此才會發生。反之,質子要和電子反應生成中子實際上是非常難的,需要有能量輸入,否則根本做不到。

結合愛因斯坦狹義相對論的質能等價,放出γ射線說白了就是要從不穩定高能量狀態轉變為穩定的低能量狀態。

α衰變之所以不容易發生其實也在這裡,所以α衰變一般要有隧穿效應的因素,隧穿效應其實是微觀世界一種區別於宏觀的現象,在宏觀低速的情況下,你幾乎不可能直接穿過勢能壁壘,但微觀世界並不是這樣,而是有一定的概率穿過勢能壁壘發生反應。

最後,最後我們來總結一下:

放射指的是原子通過衰變,形成新的、穩定的元素的原子的過程,不過這是一個隨機事件。

α衰變和隧穿效應、強相互作用作用有關;

β衰變和弱相互作用、能量最低原理有關;

γ射線則和能量最低原理有關。

相關焦點

  • 嫦娥5號千辛萬苦帶回的月巖,到底有沒有放射性?
    嫦娥五號從月球帶回了2千克土壤,它到底有沒有輻射?這個問題最近很多朋友都在關注,因為有人認為,這月球土壤已經被在月球表面沒有任何保護的區域輻射了幾十億年,即使原來沒有輻射,現在也變成有輻射了,那帶回來那麼多月壤,還安全嗎?輻射能被「傳染」嗎?被輻射之後的東西也變得有輻射,不就是這個道理麼?
  • 諾貝爾消息:居裡夫人的筆記本還有放射性,是什么元素導致的?
    根據報導,近期諾貝爾獎官方社交帳號發布了一則消息,稱當年居裡夫人使用過的筆記本如今還能被檢測出放射性。不僅如此,經過科學家的鑑定該筆記本的放射性還將持續1500年左右。這一消息在全世界範圍內引起關注,有許多不了解居裡夫人的人趁此機會查找了與她相關的科研故事。那麼導致筆記本至今仍然還有放射性的元素是什麼?筆記本中的放射性元素會是什麼?
  • 放射性到底是什麼?又和哪些因素有關?|原子核|中微子|中子|γ射線...
    什麼是放射性?  要搞清楚這個問題,我們就得先從「放射性」自身的定義入手。放射性是指:  元素從不穩定的原子核自發地放出射線,比較常見的有α射線、β射線、γ射線等,而衰變形成新的,穩定的,元素的原子(衰變產物)而停止放射的現象。  這其實是一種隨機現象。
  • 「西弗」 到底是什麼?
    「西弗」到底是一個什麼單位?1 西弗到底有多大?本期地理將為你介紹這個物理單位。這個大千世界是由聲、光、電、熱、力等各種基本現象組成的,它們都是物理世界中的研究對象。但從更深的物理視角來看,它們都是能量的表現形式。光能、電能、熱能等各種形式的能量,都是用焦耳這個統一的單位來表示的。
  • 「放射性」是什麼?可怕嗎?看完你就懂了!
    「放射性」這個詞聽上去有些令人心悸放射性有我們想像的那麼「可怕」嗎?一起了解一下有些物質的原子核不穩定會發生變化,同時也會發射各種各樣的射線,這種現象就是人們常說的「放射性」。而放射性物質有天然放射性物質和人工放射性物質兩類。我們生活中處處都有放射性,吃的食物、喝的水、住的房屋等等都含有一定的放射性。
  • 放射性與半衰期-光明日報-光明網
    圍繞放射性的基本知識、電離輻射對人體健康的影響、核與輻射突發事件的特徵等科普話題,《科技天地》近日專門約請了幾位專家來為讀者答疑解惑。從本期開始,我們將陸續選登採訪的內容,希望對您有所幫助。    嘉賓:潘自強 中國工程院院士、國家核應急協調委員會專家    陳竹舟 國家核應急協調委員會專家    葉常青 中國人民解放軍軍事醫學科學院研究員    採訪:本報記者 胡其峰    記者:什麼是放射性?是誰發現了這一現象?其科學原理是什麼?
  • 發現放射性
    放射性是指元素從不穩定的原子核自發地放出射線(如α射線、β射線、γ射線等),直到衰變形成穩定的元素而停止放射(衰變產物)。衰變時放出的能量稱為衰變能量。原子序數在83(鉍)或以上的元素都具有放射性,但某些原子序數小於83的元素(如鎝)也具有放射性。
  • 「薛丁格的貓」到底是什麼?今天算長見識了
    其中,撒貝寧除了說了很多自己被保送北大的經歷之外,還提到了一個詞叫「薛丁格的貓」,很多人剛聽到的時候都是一臉懵,那這到底是什麼呢?薛丁格的貓,其實是奧地利著名物理學家薛丁格為了反駁哥本哈根學派,對量子力學所做出的「哥本哈根解釋」,而提出的一個思想實驗。
  • 元素115可以扭曲時空 元素115到底是什麼物質
    元素115就是鏌元素,是所有俄羅斯科學家在莫斯科通過人工合成的方式形成的元素。   當元素排到了90以上的時候,就表示此元素重量非常高,並且具有很強的放射性,元素115鏌元素就具有非常強大的放射性。
  • —放射性粒子植入手術後病人的腫瘤消失了
    就連人們一直談「核」色變的放射性的碘125粒子也可用於癌症的治療了。正在家人一籌莫展的時候,醫生跟家屬介紹了一種新型的治療方法——放射性粒子植入。每放射性粒子到底是什麼東西?所以總體來說,現在放射性碘125粒子還是很安全的。碘125粒子植入治療適應哪些癌症?
  • MIT專家:福島到底發生了什麼
    修正文本總結了「福島到底發生了什麼」這個問題,並在持續更新中。譯者: Ashie Ent 福島核電站的構造福島核電站的反應堆屬於「沸水反應堆」(Boiling Water Reactors),縮寫 BWR。沸水反應堆靠沸水來發電。
  • 放射性同位素在生命科學中的妙用
    我們常把放射性同位素當做這種標記來應用。這种放射性同位素標記相當於夜晚滑冰場上滑冰運動員手中所持的火把。這種標記, 叫作示蹤原子。同位素在物理性質上雖然與相應的元素有所不同, 但在化學性質上卻完全相同,因而在生物體內所發生的變化也完全相同。放射性同位素能放射出一種肉眼看不見的特殊射線, 稱為「 放射線」 。它能透過一般光線不能透過的物體。
  • 西弗到底是什麼?
    同樣地,放射性元素放出的射線也是一種傳遞能量的方式,它的單位也是焦耳。19 世紀末,科學界正在為物質放射性的發現歡欣鼓舞,卻沒有人注意到它可能帶來的巨大危害。直到 1896 年,傳奇發明家特斯拉(Nikola Tesla)故意把手指放在 X 光下,才發現 X 光竟能產生灼傷。放射性物質對基因的影響,則更是到了 1927 年才被發現。
  • 一文讀懂:放射性同位素的應用
    1.什麼是同位素在中子和質子組成的原子核內,質子數相同中子數不同的這類原子稱為同位素,產生射線的同位素稱為放射性同位素,又稱為放射源。放射性同位素的應用是核能利用的一個重要方面,隨著科學技術的發展,放射性同位素已廣泛應用於工業、農業、醫學、環保、軍事、資源勘探、科研等諸多領域,已獲得了顯著的經濟效益和社會效益。
  • 一文讀懂:放射性同位素的應用
    1.什麼是同位素在中子和質子組成的原子核內,質子數相同中子數不同的這類原子稱為同位素,產生射線的同位素稱為放射性同位素,又稱為放射源。根據放射源存在的形態,分為固體源和非固體源(液態或氣態),根據對放射源採取的不同防護措施,又分為密封源和非密封源。
  • 為什麼用「半衰期」來測量放射性?
    對於放射性物質,半衰期可以確定放射性物質不再構成威脅所需的時間; 對於其他物質(例如碳14),半衰期可以幫助進行放射性測年(碳測年),從而確定古代遺骸的大致年齡!對於不熟悉核化學的人來說,這似乎有些複雜,但它是一個有用且用途廣泛的概念。什麼是放射性衰變?
  • 居裡夫人筆記仍具放射性是什麼意思?還將持續1500年?真相解析!
    居裡夫人筆記仍具放射性是什麼意思?還將持續1500年?真相解析! 2020-11-11 13:55:33 來源:北京晚報  |  作者:佚名 | 字號:A+ | A-
  • 元素115到底是什麼物質?
    一、元素115到底是什麼?>當元素排到了90以上的時候,就表示此元素重量非常高,並且具有很強的放射性,元素115鏌元素就具有非常強大的放射性。三、元素115可以用來做什麼東西?科學家們也沒有明確的指出元素115到底能夠為人類做哪些貢獻,畢竟這種人工合成的元素具有很強的放射性,所以科學家們研究起來也非常的困難,想要知曉元素115可以為人類做哪些貢獻,還需要長時間的研究等待。
  • 科學家在南極發現一個秘密,冰蓋下有放射性火爐,會發生什麼呢?
    文/瑤堇雲詩科學家在南極發現一個秘密,冰蓋下有放射性火爐,會發生什麼呢?對於人類生存著的這個地球,那是存在著太多的未知,不僅僅是海洋,就算是人類天天見著的,那都可能會存在著很多的秘密,就拿南極來說,很多人都清楚,那你是一個非常寒冷的地方,溫度低的可以達到零下80℃,甚至更低,可以說是這個地球最寒冷的地方,由於到處都是冰川,所以科學家們一度以為這裡是非常寧靜的,也就是說,在南極的這片地下,並不會發生什麼意料之外的事情,
  • 廣東省放射性廢物管理辦法
    第二條 凡在我省行政區域內應用放射性同位素、輻射技術和開發利用伴生放射性礦物資源過程中,產生、收集、運輸、處置、貯存放射性廢物的單位和個人,應當遵守本辦法。  第三條 放射性廢物是指含放射性核素或被放射性核素汙染,其濃度或比活度大於國家或省規定的清潔解控水平,預期不再使用的廢棄物。