1、放射線元素分類:放射性核素分為(wei) 天然放射性元素和人工放射性元素。
天然放射性元素:天然放射性元素是指那些最初是從(cong) 自然界發現而不是用人工方法合成的放射性元素。它們(men) 是:釙(pō) Po、氡 Rn、鈁(fāng)Fr、鐳Ra、錒(ā)Ac、釷(tǔ)Th、鏷(pú)Pa、鈾(yóu)U、鎿(ná)Np、鈈(bù)Pu。
人工放射性元素:人工放射性元素是指最初通過人工核反應合成而被鑒定的放射性元素。它們(men) 是锝(de)Tc、鉕(po)Pm、镅Am、鋦(ju)Cm、錇Bk、鐦Cf、鎄Es、镄Fm、鍆Md、锘(nuo)No、鐒Lr、104、105、106、107、108和109號元素。
2、天然放射性元素的發現:自1896年法國物理學家A.H.貝可勒爾發現鈾的放射性後,科學家們(men) 就利用測量放射性的方法,對所有的元素進行了普查。1898年M.居裏和P.居裏用自製的電離室和靜電計,配合以必威88官方网站壓電發生器等設備,用定量測量放射性的方法,對已知元素或其化合物進行了普查。在研究了各種鈾礦和釷礦的放射性之後,發現有些礦物的放射性比純鈾或純釷還強。他們(men) 用硫化物沉澱法從(cong) 瀝青油礦中分離出一種放射性比鈾強400倍、化學性質與(yu) 鉍類似的新元素──釙。接著,居裏夫婦等又從(cong) 瀝青鈾礦中分離出放射性極強的另一種新元素──鐳。1899年法國科學家 A.-L.德比埃爾內(nei) 使用氨水和稀土元素形成沉澱的方法,從(cong) 鈾礦渣中載帶分離出第三個(ge) 放射性元素──錒。
3、人工放射性元素的發現:20世紀20年代末,由第1號元素氫到第92號元素鈾組成的元素周期表隻剩下43號、61號、85號和87號四個(ge) 空位。人們(men) 用各種方法尋找這四種“空位元素”。
1934年法國科學家F.約裏奧-居裏和I.約裏奧-居裏發現了人工放射性,為(wei) 人工獲得放射性元素開辟了道路。1937年意大利礦物學家C.佩列爾和美國物理學家E.G.塞格雷在加利福尼亞(ya) 大學勞倫(lun) 斯-伯克利實驗室用回旋加速器加速的氘核轟擊鉬靶, 通過下述核反應98Mo(d,n)99Tc 合成了锝,這是人類首次用人工的方法製造出來的元素。1940年美國科學家D.R.科森等用加速的α粒子轟擊鉍靶,合成了85號元素砹。同年,美國化學家E.M.麥克米倫(lun) 等發現了鎿、G.T.西博格等發現了鈈,開始了超鈾元素的合成。
4、放射性元素的賦存狀態:天然地,地球上有28種化學元素具有放射性,其中有34種放射性同位素是在太陽係形成前就存在的,長壽命的如鈾和釷,短壽命的像鐳及氡,稱為(wei) 天然放射性。地球上放射性的來源是原初核合成和其後的各種核燃燒過程的殘留物。長壽命的放射性核素存在在自然界岩石中,宇宙射線也會(hui) 形成自然界中少量的放射性核素。在地殼中核素的衰變對地球內(nei) 部的熱量產(chan) 生有一定貢獻。
鈾和釷具有長壽命的同位素,如鈾238的半衰期為(wei) 4.468×109年,釷232的半衰期為(wei) 1.405×1010年,與(yu) 地球的年齡(4.6×109年)相近,所以可在自然界中長期存在。有些天然放射性元素的半衰期相對於(yu) 地球而言比較短,但是作為(wei) 與(yu) 鈾或釷達到平衡的子體(ti) ,也可在自然界中長期存在,如釙、氡、鈁、鐳、錒和鏷。
5、人工放射性元素的合成:人工放射性元素是通過人工核反應合成的。合成的方式有:(1)反應堆中子輻照合成, 可合成的最重的核素是镄257,是唯一能獲得可稱量超鈾元素的方法。(2)從(cong) 輻照過的核燃料中提取, 核燃料在反應堆中經中子輻照發生裂變反應,能產(chan) 生大量裂變產(chan) 物,锝和鉕即可從(cong) 中提取。(3)用加速器加速粒子轟擊合成, 粒子轟擊由各種重元素製成的靶,通過核反應可合成絕大多數超鈾元素。(4)熱核爆炸合成,熱核爆炸裝置中的鈾核在大約10-7~10-8秒的時間內(nei) , 多次俘獲中子, 形成極富中子的鈾同位素,再經一係列的β-衰變,即可得到重超鈾元素。
6、放射性元素的應用:目前,大約有200種以上的放射性核素在社會(hui) 生活的各個(ge) 方麵具有廣泛的應用。其應用主要是通過放射源來實現的。應用範圍包括:醫學:癌症放療、放射性藥物顯影;工業(ye) :產(chan) 品測厚、材料輻照改性等;生活:火災報警;考古和環境:放射性定年、汙染來源檢測等;航天和深海探測:同位素電池、同位素熱源等。
6.1 核燃料
除鈾235外,鈾238在反應堆中經中子輻照生成的鈈239、釷232在反應堆中轉化成的鈾233,都可用作核燃料。其中鈾235存在於(yu) 自然界,而鈾233、鈈239則是釷232和鈾238吸收中子後分別形成的人工核素。從(cong) 廣義(yi) 上說,釷232和鈾238也是核燃料。氘和氚是能發生核聚變的核燃料,又稱聚變核燃料。氘存在於(yu) 自然界,氚是鋰6吸收中子後形成的人工核素。核燃料在核反應堆中“燃燒”時產(chan) 生的能量遠大於(yu) 化石燃料,1千克鈾235完全裂變時產(chan) 生的能量約相當於(yu) 2500噸煤。
核燃料棒
6.2 癌症放療
腫瘤放射治療是利用放射線治療腫瘤的一種局部治療方法。放射線包括放射性同位素產(chan) 生的α、β、γ射線和各類x射線治療機或加速器產(chan) 生的x射線、電子線、質子束及其他粒子束等。大約70%的癌症患者在治療癌症的過程中需要用放射治療,約有40%的癌症可以用放療根治。放射治療在腫瘤治療中的作用和地位日益突出,已成為(wei) 治療惡性腫瘤的主要手段之一。
放療
6.3 放射性定年
放射性碳定年法,又稱碳-14定年或者碳-14年代測定法,是利用自然存在的碳-14同位素的放射性定年法,用以確定原先存活的動物和植物的年齡的一種方法,可測定早至五萬(wan) 年前有機物質的年代。對於(yu) 考古來講,這是一個(ge) 準確的定年法技術。
放射性考古定年
6.4 放射性示蹤
由於(yu) 放射性核素不斷發出輻射,無論它運動到哪裏,都很容易用探測器探知它的下落,因此可以用作示蹤物來辨別其他物質的運動情況和變化規律。這種放射性示蹤物稱為(wei) 示蹤原子或標記原子。放射性示蹤技術,在工農(nong) 業(ye) 生產(chan) 、醫療衛生等方麵都有廣泛的應用。
6.5 中子源
中子源是能釋放出中子的裝置。中子源有很多種,從(cong) 手持放射性源到中子研究設施的研究堆和裂變源。根據中子的能量、中子通量、設備的大小、花費和政府的管製,這些裝置在物理、工程、醫藥、核武器、石油勘探、生物、化學、核動力和其他工業(ye) 中有著廣泛的用途。
反射性原子用於(yu) 中子源
6.6 其他應用
釷可製成特殊焊條、超真空係統的吸氣劑、結構金屬中的添加劑;氧化釷可用作某些有機化學反應的催化劑和高溫陶瓷材料,與(yu) 鎢混合可製成燈絲(si) 。金屬锝及其合金在低溫下是超導體(ti) ,可用於(yu) 火箭、計算機和受控熱核反應裝置中。鉕 147是理想的示蹤原子,可用作純β放射源,用鉕製成的熒光物可用於(yu) 航標燈。
放射性元素锝用於(yu) 超導體(ti)
在大劑量的照射下,放射性對人體(ti) 和動物存在著某種損害作用。如在400rad的照射下,受照射的人有5%死亡;若照射650rad,則人100%死亡。照射劑量在150rad以下,死亡率為(wei) 零,但並非無損害作用,住往需經20年以後,一些症狀才會(hui) 表現出來。放射性也能損傷(shang) 遺傳(chuan) 物質,主要在於(yu) 引起基因突變和染色體(ti) 畸變,使一代甚至幾代受害。