放射性同位素

2008/12/6 13:41:00

一、放射性同位素的特點(diǎn)
　　眾所周知，放射性同位素（radiosotlope）是不穩(wěn)定的，它會(huì)“變”。放射性同位 素的原子核很不穩(wěn)定，會(huì)不間斷地、自發(fā)地放射出射線，直至變成另一種穩(wěn)定同位素，這就是所謂“核衰變”。放射性同位素在進(jìn)行核衰變的時(shí)候，可放射出α射線、 β射線、γ射線和電子俘獲等，但是放射性同位素在進(jìn)行核衰變的時(shí)候并不一定能同時(shí)放射出這幾種射線。核衰變的速度不受溫度、壓力、電磁場(chǎng)等外界條件的影響，也 不受元素所處狀態(tài)的影響，只和時(shí)間有關(guān)。放射性同位素衰變的快慢，通常用“半衰 期”來表示。半衰期（half-life）即一定數(shù)量放射性同位素原子數(shù)目減少到其初始值一半時(shí)所需要的時(shí)間。如磷－32的半衰期是14.3天，就是說，假使原來有100萬個(gè)磷－32 原子，經(jīng)過14.3天后，只剩下50萬個(gè)了。半衰期越長(zhǎng)，說明衰變得越慢，半衰期越 短，說明衰變得越快。半衰期是放射性同位素的一特征常數(shù)，不同的放射性同位素有不同的半衰期，衰變的時(shí)候放射出射線的種類和數(shù)量也不同。

常用同位素的特征

同位素 符號(hào) 半衰期 β射線能量（MeV）
氫-3 3H 12.3年 0.018
碳-14 14C 5720年 0.156
磷－32 32P 14.3天 1.71
硫－35 35S 87.1天 0.167
碘－131 131I 8.05天 0.605

人造元素一覽表

原子序數(shù) 元素名稱 元素符號(hào) 發(fā)現(xiàn)者 發(fā)現(xiàn)年代 半衰期
43 锝 Tc 西格雷，佩里埃 1937 Tc97 260萬年
61 钷 Pm 馬林斯基等 1945 Pm145 18年
85 砹 At 西格雷，科森等 1940 At210 8．1小時(shí)
87 鈁 Fr 佩雷 1939 Fr212 20分鐘
93 镎 Np 麥克米倫 1940 Np237 214萬年
94 钚 Pu 麥克米倫，西博格 1940 Pu244 7．6×107年
95 镅 Am 西博格，吉奧索 1944 Am243 7370年
96 鋦 Cm 西博格，吉奧索 1944 Cm247 1．54×107年
97 锫 Bk 西博格，湯普生等 1949 Bk247 1400年
98 锎 Cf 西博格，吉奧索等 1950 Cf251 900年
99 锿 Es 西博格，吉奧索 1955 Es254 276天
100 鐨 Fm 西博格，吉奧索 1955 Fm257 82天
101 鍆 Md 吉奧索 1955 Md258 55天
102 锘 No 弗列羅夫等 1957 No259 58分鐘
103 鐒 Lr 吉奧索 1961 Lr260 3分鐘
104 　 Rf 弗列羅夫，吉奧索 1964,1968 ～1分鐘
105 　 Db 弗列羅夫，吉奧索 1970,1970 ～40秒
106 　 Sg 美，蘇 1974 ～0．9秒
107 　 Bh 聯(lián)邦德國 1981 ～10－3秒
108 　 Hs 聯(lián)邦德國 1984 ～10－3秒
109 　 Mt 聯(lián)邦德國 1982 5×10－3秒 　
二、放射性強(qiáng)度及其度量單位
 　　放射性同位素原子數(shù)目的減少服從指數(shù)規(guī)律。隨著時(shí)間的增加，放射性原子的數(shù)目按幾何級(jí)數(shù)減少，用公式表示為： N＝N0e- λt這里，N為經(jīng)過t時(shí)間衰變后，剩下的放射性原子數(shù)目，Ｎ0為初始的放射性原子數(shù)目，λ為衰變常數(shù)，是與該種放射性同位素性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，λ=y(t)＝e-0.693t/τ，其中τ指半衰期。放射性同位素不斷地衰變，它在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子數(shù)目叫做放射性強(qiáng)度（radioactivity），放射性強(qiáng)度的常用單位是居里（curie），表示在1秒鐘內(nèi)發(fā)生3.7×1010次核衰變，符號(hào)為Ci。 　　　1Ci=3.7×1010dps=2.22×1012dpm 　　　1mCi=3.7×107dps=2.22×109dpm 　　　1μCi=3.7×104dps=2.22×106dpm 　　1977年國際放射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）發(fā)表的第26號(hào)出版物中，根據(jù)國際輻射單位 與測(cè)量委員會(huì)（ICRU）的建議，對(duì)放射性強(qiáng)度等計(jì)算單位采用了國際單位制（SI）， 我國于1986年正式執(zhí)行。在SI中，放射性強(qiáng)度單位用貝柯勒爾（becquerel）表示，簡(jiǎn)稱貝可，為1秒鐘內(nèi)發(fā)生一次核衰變，符號(hào)為Bq。1Bq=1dps=2.703×10-11Ci該單位在實(shí) 際應(yīng)用中減少了換算步驟，方便了使用。
三、射線與物質(zhì)的相互作用
 　　放射性同位素放射出的射線碰到各種物質(zhì)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生各種效應(yīng)，它包括 射線 對(duì)物質(zhì)的作用和物質(zhì)對(duì)射線的作用兩個(gè)相互聯(lián)系的方面。例如，射線能夠使照相底片和核子乳膠感光；使一些物質(zhì)產(chǎn)生熒光；可穿透一定厚度的物質(zhì)，在穿透物質(zhì)的過程 中，能被物質(zhì)吸收一部分，或者是散射一部分，還可能使一些物質(zhì)的分子發(fā)生電離； 另外，當(dāng)射線輻照到人、動(dòng)物和植物體時(shí)，會(huì)使生物體發(fā)生生理變化。射線與物質(zhì)的相互作用，對(duì)核射線來說，它是一種能量傳遞和能量損耗過程，對(duì)受照射物質(zhì)來說， 它是一種對(duì)外來能量的物理性反應(yīng)和吸收過程。 　　
各種射線由于其本身的性質(zhì)不同，與物質(zhì)的相互作用各有特點(diǎn)。這種特點(diǎn)還常與物質(zhì)的密度和原子序數(shù)有關(guān)。α射線通過物質(zhì)時(shí)，主要是通過電離和激發(fā)把它的輻射能量轉(zhuǎn)移給物質(zhì)，其射程很短，一個(gè)1兆電子伏（1MeV）的α射線，在空氣中的射程約1.0<厘米，在鉛金屬中只有23微米（um），一張普通紙就能將α射線完全擋住，但α射線的能量能被組織和器官全部吸收。β射線也能引起物質(zhì)電離和激發(fā)，與α射線 的能量相同的β射線，在同一物質(zhì)中的射程比α要長(zhǎng)得多，如>1MeVrβ射線，在空氣 中的射程是10米，高能量快速運(yùn)動(dòng)的β粒子，如磷－，能量為1.71MeV遇到物質(zhì)，特別是突然被原子序數(shù)高的物質(zhì)（如鉛，原子序數(shù)為82）阻止后，運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生改變，產(chǎn)生軔致輻射。軔致輻射是一種連續(xù)的電磁輻射，它發(fā)生的幾率與β射線的能量 和物質(zhì)的原子序數(shù)成正比，因此在防護(hù)上采用低密度材料，以減少軔致輻射。β射線能被不太厚的鋁層等吸收。γ射線的穿透力最強(qiáng)，射程最大，1MeV的r射線在空氣中的射程約有米之遠(yuǎn)，r射線作用于物質(zhì)可產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)，它不會(huì)被物質(zhì)完全吸收，只會(huì)隨著物質(zhì)厚度的增加而逐漸減弱。