📌  相关文章
📜  放射性同位素——定义、性质、用途

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:54:18.033000             🧑  作者: Mango

放射性同位素——定义、性质、用途

元素的主要成分是它的原子，不同元素的原子在原子序数的基础上彼此不同。但是人们认为元素的原子始终是相同的，但是随着化学的进步，发现相同元素的原子也可以不同，它们不会因质子或电子而有所不同，因此它们的原子数量相同，但它们可能会根据质量数而有所不同。

质量数和原子序数

化学元素核中的质子数就是它的原子序数。例如，氢的原子序数为1。原子中质子和中子的总数称为质量数。例如，碳的质量数为 12。（6 个质子和 6 个中子。）

同位素

同位素是一种元素的变体，它们具有相同数量的质子，但原子中的中子数量不同。由于中子数量不均匀，同位素具有不同的权重。对于具有奇数原子序数的元素，例如氢和锂，存在一种或两种稳定同位素。偶数元素，如硫和氧，可能至少有三种稳定同位素。碳、氦和铍是唯一的例外。

氢和碳的同位素

三种稳定的氢同位素是氚、氘和氚。它们都具有相同数量的质子，但它们具有不同数量的中子。氚有两个中子，而氘只有一个。氕的中子为零，氘有一个，氚有两个。碳具有三种同位素：碳 12（稳定同位素）、碳 13 和碳 14（放射性同位素），原子量分别为 12、13 和 14。

同位素的类型

  1. 同位素要么是稳定的，要么是放射性的。
  2. 具有放射性的同位素称为放射性同位素或放射性核素。
  3. 稳定同位素或稳定核素是不会放射性衰变的同位素。在地球上，大约有 339 种天然存在的核素或同位素。
  4. 自太阳系形成以来，据信存在 286 种原始核素。

什么是 放射性同位素？

一种元素的原子根据其原子序数不同于另一种元素的原子，但是相同元素的某些原子表现出不同的性质，例如放射性和平均摩尔质量的变化。研究时，这种变化是由于原子质量数的变化。质量数的变化是唯一的，因为存在不同数量的中子，并且由于中子是电中性的，它们不会改变原子序数。

具有相同原子序数但质量数不同的元素的原子称为同位素。

例如：

  • 碳具有三种同位素。碳 12、碳 13 和碳 14。

  • 此外，氢具有三种同位素：氚 ( 1 H 1 )、氘 ( 2 H 1 ) 和氚 ( 3 H 1 )。

同位素的性质

  • D 2 O（D 表示氘）称为重水，在核反应堆中用作中子慢化剂。
  • 氚是放射性的，而其他两种则没有。
  • 碳 14 也具有放射性，可用于碳测年（碳测年是一种确定化石年龄的考古技术）。
  • 除了这种氧，铀和钍也表现出具有重要意义的各向同性。

放射性同位素的应用

  1. 医学领域： Cobalt-60 是一种用于癌症治疗的辐射源，可减少疾病的发展。其他放射性同位素在代谢研究和诊断中用作示踪剂。 Carbon-14 用于呼气测试以检测引起溃疡的细菌幽门螺杆菌。
  2. 工业：在工业中，放射性同位素用于确定金属或塑料板的厚度，穿透被研究物质的辐射强度揭示了精确的厚度。它们也可用于产生适量的电力。一个例子是在航天器中使用钚 238。

什么是放射性活度？

1896 年，亨利·贝克勒尔爵士发现了放射性现象。他离开后，在一个黑暗的房间里，一块铀盐被放在一个用黑纸包裹的照相底片上。几天后，当他调查时，他惊讶地发现照相底片受到了影响。后来，对其他铀盐也进行了同样的观察。

从这些观察中，他得出结论，铀及其盐类本身会发出某种辐射，这种辐射可以穿过照相底片外面的覆盖物（即黑纸、玻璃或木头等）并对其产生影响。这些辐射被称为贝克勒尔射线。后来更名为阿尔法、贝塔和伽马射线。

放射性排放

  1. 阿尔法射线：这些是带正电的粒子束，或者准确地说是氦核（ 4 He 2 ）。当中子的数量多于质子的数量时，多余的中子转化为质子，并在此过程中释放出α粒子，通常观察到比铅重的元素。这导致质量数 A 和原子序数 Z 降低。
  2. Beta 射线：这些是带负电的粒子流。当不稳定的原子核包含的中子多于质子时，中子可能会通过发射电子而变成质子。从原子核中高速释放出来的电子称为β粒子。这个结果是原子序数增加而质量数没有变化。
  3. 伽马射线：伽马射线是快速移动的不带电粒子流。有时发现在 alpha 或 beta 发射之后是 Gamma 发射。它发生在子核或母核处于兴奋状态时（即它有多余的能量）。这种额外的能量以电磁辐射的形式释放，称为伽马辐射（或 y 射线光子）。伽马射线是无质量的，没有电荷，这意味着没有中子或质子丢失，因此原子核不会衰变为另一个原子核，即原子核的质量数 A 和原子序数 Z 没有变化在伽马发射。

放射性同位素和同位素显示放射性的条件

在同位素中，中子的数量大于原始原子，这增加了过多的质量，由于质量过大，原子核变得不稳定，从而导致爆炸，导致能量以放射性波的形式耗散。

原子核的不稳定性可以是自然产生的，也可以是通过改变原子人为产生的。一些人造同位素是在核反应堆或回旋加速器中产生的。天然放射性同位素的例子是铀 235（大约 99.3% 的铀在自然界中具有放射性，只有 0.7% 是铀 238）。人工制造的放射性同位素的例子是氟 18 和钼 99。

放射性同位素的用途

放射性同位素的用途十分广泛，它们被广泛应用于各个领域，最广泛用于医药、食品保鲜、杀菌和研究。下面列出了一些使用的：

  1. 药物：放射性药物，即特定器官的诊断和治疗。 （钼 99 衰变为锝 99）。碳11用于正电子发射断层扫描，碘123和碘131用于成像监测甲状腺函数和检测人体肾上腺功能障碍，镥177和钐153用于各种疾病的诊断和治疗人体肿瘤。
  2. 研究：碳 14 用于碳测年。 Chlorine-36 用于测量氯化物的来源和水的年龄（长达 200 万年）。 Lead-210 用于测定沙土层的年代。此外，铀 235 还用作核反应堆的燃料。

示例问题

问题 1：说出放射性衰变中发出的三种辐射类型。它们将如何在负电场中偏转？

回答：

问题2：最先检测到放射性的物质是什么？另外，说明它的同位素。

回答：

问题3：伽马射线发射的条件是什么？伽马发射后原子序数会发生变化吗？

回答：

问题 4：碳测年中使用了哪种碳同位素？说出所有碳的同位素。

回答：

问题 5：所有同位素都显示出放射性吗？如果不是，则说明具体情况。

回答：