放射性系列有哪些？有什么共同特點(diǎn)？
實(shí)驗(yàn)室k / 2019-08-09
精確測(cè)定鈾礦石的元素組成，常能同時(shí)發(fā)現(xiàn)鏷、鐳、釙、鉍和鉛等元素的同位素。它們是由某一起始核素開(kāi)始，相繼衰變而成的中間產(chǎn)物或最終產(chǎn)物。某核素衰變成一個(gè)新的核素，通常把原來(lái)的那個(gè)核素稱為母體核素，衰變而成的那個(gè)新核素稱為衰變子體。所有中間衰變產(chǎn)物都不穩(wěn)定，是放射性核素。它們相繼衰變，直到變成非放射性的穩(wěn)定核素(鉛的同位素)為止，由此構(gòu)成了放射性系列。
自然界存在著三個(gè)放射性系列，分別以相應(yīng)的起始核素來(lái)命名，即鈾(238U)系、釷(232Th)系及錒鈾(235U)系，圖1-1為這三個(gè)系列的衰變圖。
除以上三個(gè)放射性系列外，在自然界還存在一些不成系列的放射性核素，它們經(jīng)一次衰變后即成為穩(wěn)定核素。如87Rb經(jīng)一次β衰變，變成非放射性的穩(wěn)定核素87Sr后，就不再衰變了。
由圖1-1可以看出，各系列中核素的相繼衰變是有規(guī)律的：子體核素或者較衰變前的核素質(zhì)量數(shù)減少4、原子序數(shù)減少2(α衰變的情況)，或者質(zhì)量數(shù)不變，而原子序數(shù)增加1(β衰變的情況)。并且，各系列中，各核素的質(zhì)量數(shù)可用下列通式表達(dá)：
鈾系為4n+2，n在59至51間變化；
錒系為4n+3，n在58至51間變化；
釷系為4n，n在58至52間變化。
所以存在上述規(guī)律，是因?yàn)榉派湫院怂匕l(fā)生α衰變時(shí)，由核內(nèi)放出了質(zhì)量數(shù)為4的α粒子。它帶兩個(gè)正電單位，所以新產(chǎn)生的核素較衰變前質(zhì)量數(shù)減少4，原子序數(shù)減少2，即在元素周期表中的位置向左移兩位。而當(dāng)放射性核素發(fā)生β衰變時(shí)，則放出一個(gè)電子，核內(nèi)的一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子，增加一個(gè)單位的正電荷，所以子體核素的原子序數(shù)增加1，而質(zhì)量數(shù)不變，其在元素周期表中的位置，較衰變前向右移一位。
比較三個(gè)天然放射性系列，可以發(fā)現(xiàn)以下共同特點(diǎn)：
(1)起始母體核素是長(zhǎng)壽命的，238U的半衰期為4.5×10(9次方)年，235U為7.1×10(8次方)年，232Th為1.4×10(10次方)年。因此，三個(gè)放射性系列都在自然界存在。
(2)每個(gè)系列中都有一個(gè)惰性氣體核素。它們的原子序數(shù)為86，是氡的放射性同位素，通常稱為射氣。鈾系的射氣是222Rn(Rn)，半衰期為3.825天；釷系的射氣是220Rn(Tn)，半衰期為55.6秒；錒系的射氣是219Rn(An)，半衰期為3.96秒。
(3)三個(gè)系列中，氣體核素的衰變產(chǎn)物除鈾系的210Pb(RaD)、210Bi(RaE)和210Po(RaF)為壽命較長(zhǎng)的沉淀物外，其余均為短壽命沉淀物。
(4)各系列衰變的最后產(chǎn)物都是穩(wěn)定的不具放射性的鉛的同位素，鈾系為206Pb、釷系為208Pb、錒鈾系為207Pb。
(5)三個(gè)系列的射氣衰變產(chǎn)物A核素(218Po、216Po、215Po)為釙的同位素，幾乎全部放出α射線而變成B核素(214Pb、212Pb、211Pb)。B核素為鉛的同位素，經(jīng)過(guò)β衰變而成為C核素。C核素有雙重衰變：經(jīng)β衰變成為C'核素；經(jīng)α衰變成為C''核素。伴隨著C核素的衰變放出強(qiáng)γ射線，所以C核素是鈾系中的主要γ輻射體。釷系的主要γ輻射體是C''核素(208Tl)及228Ac。
(6)自然界鈾的三個(gè)同位素豐度之比為：238U：234U：235U＝1：5.4×10(-5次方)：7.2×10(-3次方)。在天然混合物中，錒鈾(235U)系的γ射線只占總γ能量的五十分之一。
還存在有質(zhì)量數(shù)通式為4n+1的放射性系列，其起始母體核素為镎(237Np)，稱為镎系，镎的原子序數(shù)為93，是一個(gè)超鈾元素。因其半衰期短，镎在自然界不存在，靠人工的方法制得，故镎系又稱人工放射性系列。
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