关于化学元素的辐射问题

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-30
关于元素与放射性的问题

1896年,法国物理学家贝克勒尔发表了一篇工作报告,详细地介绍了他通过多次实验发现的铀元素,铀及其化合物具有一种特殊的本领,它能自动地、连续地放出一种人的肉眼看不见的射线,这种射线和一般光线不同,能透过黑纸使照象底片感光,它同伦琴发现的X射线也不同,在没有高真空气体放电和外加高电压的条件下,却能从铀和铀盐中自动发生。铀及其化合物不断地放出射线,向外辐射能量。这使居里夫人发生了极大的兴趣。这些能量来自于什么地方?这种与众不同的射线的性质又是什么?居里夫人决心揭开它的秘密。1897年,居里夫人选定了自己的研究课题--对放射性物质的研究。这个研究课题,把她带进了科学世界的新天地。她辛勤地开垦了一片处女地,最终完成了近代科学史上最重要的发现之一--发现了放射性元素镭,并奠定了现代放射化学的基础,为人类做出了伟大的贡献。

在实验研究中,居里夫人设计了一种测量仪器,不仅能测出某种物质是否存在射线,而且能测量出射线的强弱。她经过反复实验发现:铀射线的强度与物质中的含铀量成一定比例,而与铀存在的状态以及外界条件无关。

居里夫人对已知的化学元素和所有的化合物进行了全面的检查,获得了重要的发现在:一种叫做钍的元素也能自动发出看不见的射线来,这说明元素能发出射线的现象决不仅仅是铀的特性,而是有些元素的共同特性。她把这种现象称为放射性,把有这种性质的元素叫做放射性元素。它们放出的射线就叫“放射线”。她还根据实验结果预料:含有铀和钍的矿物一定有放射性;不含铀和钍的矿物一定没有放射性。仪器检查完全验证了她的预测。她排除了那些不含放射性元素的矿物,集中研究那些有放射性的矿物,并精确地测量元素的放射性强度。在实验中,她发现一种沥青铀矿的放射性强度比预计的强度大得多,这说明实验的矿物中含有一种人们未知的新放射性元素,且这种元素的含量一定很少,因为这种矿物早已被许多化学家精确地分析过了。她果断地在实验报告中宣布了自己的发现,并努力要通过实验证实它。在这关键的时刻,她的丈夫比埃尔·居里也意识到了妻子的发现的重要性,停下了自己关于结晶体的研究,来和她一道研究这种新元素。经过几个月的努力,他们从矿石中分离出了一种同铋混合在一起的物质,它的放射性强度远远超过铀,这就是后来被列在元素周期表上第84位的钋。几个月以后,他们又发现了另一种新元素,并把它取名为镭。但是,居里夫妇并没有立即获得成功的喜悦。当拿到了一点点新元素的化合物时,他们发现原来所做的估计太乐观了。事实上,矿石中镭的含量还不到百万分之一。只是由于这种混合物的放射性极强,所以含有微量镭盐的物质表现出比铀要强几百倍的放射性。

科学的道路从来就不平坦。钋和镭的发现,以及这些放射性新元素的特性,动摇了几世纪以来的一些基本理论和基本概念。科学家们历来都认为,各种元素的原子是物质存在的最小单元,原子是不可分割的、不可改变的。按照传统的观点是无法解释钋和镭这些放射性元素所发出的放射线的。因此,无论是物理学家,还是化学家,虽然对居里夫人的研究工作都感到有兴趣,但是心中都有疑问。尤其是化学家们的态度更为严谨。为了最终证实这一科学发现,也为了进一步研究镭的各种性质,居里夫妇必须从沥青矿石中分离出更多的、并且是纯净的镭盐。

一切未知的世界都是神秘的。在分离新元素的研究工作开始时,他们并不知道新元素的任何化学性质。寻找新元素的唯一线索是它有很强的放射性。他们据此创造了一种新的化学分析方法。但是他们没有钱,没有真正的实验室,只有一些自己购买或设计的简单的仪器。他们出于工作效率的考虑,分头开展研究。由居里先生试验确定镭的特性;居里夫人则继续提炼纯镭盐。

有志者事竟成!大自然的任何奥秘都会都会被那些向它顽强攻关的人们揭开。1902年年底,居里夫人提炼出了十分之一克极纯净的氯化镭,并准确地测定了它的原子量。从此镭的存在得到了证实。镭是一种极难得到的天然放射性物质,它的形体是有光泽的、象细盐一样的白色结晶。在光谱分析中,它与任何已知的元素的谱线都不相同。镭虽然不是人类第一个发现的放射性元素,但却是放射性最强的元素。利用它的强大放射性,能进一步查明放射线的许多新性质。以使许多元素得到进一步的实际应用。医学研究发现,镭射线对于各种不同的细胞和组织,作用大不相同,那些繁殖快的细胞,一经镭的照射很快都被破坏了。这个发现使镭成为治疗癌症的有力手段。癌瘤是由繁殖异常迅速的细胞组成的,镭射线对于它的破坏远比周围健康组织的破坏作用大的多。这种新的治疗方法很快在世界各国发展起来。在法国,镭疗术被称为居里疗法。镭的发现从根本上改变了物理学的基本原理,对于促进科学理论的发展和在实际中的应用,都有十分重要的意义。

1)不是每种化学元素都有放射性;空气中的氧气、我们吸收后吐出的二氧化碳都很正常。
2)在具有放射性的元素确实有比较稳定的衰变周期。
放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间,叫半衰期(Half-life)。随着放射的不断进行,放射强度将按指数曲线下降,放射性强度达到原值一半所需要的时间叫做同位素的半衰期。原子核的衰变规律是:N=No*(1/2)^(t/T) 其中:No是指初始时刻(t=0)时的原子核数 t为衰变时间,T为半衰期,N是衰变后留下的原子核数。放射性元素的半衰期长短差别很大,短的远小于一秒,长的可达数百亿年。
部分原子
钋(Po)215:0.0018秒
锶(Sr)90:30年
钋(Po)216:0.16秒
铯(Cs)137:30年
铋(Bi)212:1小时
镭(Ra)226:1620年
钠(Na)24:15小时
碳(C)14:5730年
碘(I)131:8天
钚(Pu)239:24000年
磷(P)32:14天
氯(Cl)36:400000年
铁(Fe)59:90天
铀(U)235:7.1亿年
钋(Po)210:3月
钾(K)40:13亿年
钴(Co)60:5年
铀(U)238:45亿年
氚(H3):12年
应该注意的是,并非经过两个半衰期,所有辐射都将消失。放射性是一种概率现象,每经过一个半衰期,初始原子会消失50%,即辐射的危险会降低一半,但还能延续很多个半衰期。只要还有最后一个原子没衰变,放射性就不可能完全消失。近年欧洲回旋加速器对撞机强行碰撞合成的原子很多具有放射性但衰变太快,不是专业仪器都来不及观察就衰变完了。不过通常来说,在经过30个半衰期后,辐射已减至原来的十亿分之一,基本无法被探测到,也就没有危害了。

原子序数在84以上的元素都具有放射性,原子序数在83以下的某些元素如K、Rb等也具有放射性。
其根本原因在于 核内的 核力 与 库仑力 不是处于 平衡状态。

无论是质子还是中子,它们之间存在 核力,属吸引力。
质子与质子之间存在 库仑力,当然众所周知,属于排斥力。

如果质子过多,那么排斥力大于吸引力,当然不稳定。通过质子变成中子等效应,降低排斥力,增加吸引力,最终使二者达到平衡。这就是(级联)衰变过程。

同样,如果中子过多,吸引力 过大于排斥力,二力不平衡,也影响系统的稳定。所以要衰变,减少中子数 或增加质子数。

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    答:原子序数在84以上的元素都具有放射性,原子序数在83以下的某些元素如K、Rb等也具有放射性。其根本原因在于 核内的 核力 与 库仑力 不是处于 平衡状态。无论是质子还是中子,它们之间存在 核力,属吸引力。质子与质子之间存在 库仑力,当然众所周知,属于排斥力。如果质子过多,那么排斥力大于吸引力,...
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