放射性现象及射线的基本性质
实验室k / 2019-08-09
组成单质和化合物分子的最小粒子称原子。原子由原子核及核外电子组成，原子核由不同数目的质子和中子组成。核内质子数和中子数的总和称为质量数。一个电子带一个单位的负电荷(用“e”表示)，一个质子带一个单位的正电荷，而中子不带电荷。原子的核内质子数和核外电子数相等，所以原子作为一个整体呈电中性。
原子的核内质子数实际上就是元素的原子序数。核内具有一定质子数和一定中子数的一类原子叫做核素。例如238U、234U、232Th它们都分别是一种核素。而核内质子数相同，中子数不同的核素，在元素周期表中居于同一位置，则称为同位素。例如238U和235U是同位素，232Th和230Th是同位素等等，某种元素的同位素，由于其质子数相同(核电荷相同)、中子数不同，这就决定了它们的质量数虽然不同，但化学性质几乎是相同的。
自然界某些核素的原子核能自发地变为另一种核素的原子核，并伴随着放出射线的过程叫放射性衰变，这种现象叫放射现象，核素的这种性质称为放射性，具有这种性质的核素叫放射性核素。
放射性核素衰变时放出α射线的称α衰变。放出β射线的称β衰变。伴随α、β衰变，还往往放出γ射线(或称γ光子)。
α射线是一种高速运动着的带正电的粒子流，也叫α粒子，其能量介于4-8兆电子伏之间。这种粒子系由两个质子和两个中子组成，带两个单位的正电荷，质量数为4，实际上是氦的原子核。由于α粒子带正电，所以在磁场内射线会发生偏转。
β射线是一种带负电的粒子流，即电子流。其速度很快，接近光速，质量很小，带一个单位的负电荷。β射线在磁场中也发生偏转，且偏转的程度比a射线大，方向与α射线相反。
γ射线是件随α、β衰变放出的一种波长极短的电磁辐射。当原子核发生α、β衰变时，新生成的原子核往往处于激发状态，当它由激发状态回到正常状态时，就以γ光子的形式放出多余的能量，不同的放射性核素衰变时所放出的γ射线的能量是不同的，一般介于几万到几兆电子伏之间。γ射线本身不带电，故在磁场中不发生偏转。
三种射线作用于周围物质时，会发生一些现象。以下简单介绍与放射性地质工作有关的几种现象：
(1)穿透物质 射线具有穿透物质的能力，它在物质中穿行的距离叫射程。射程越长，表示其穿透能力越强；射程越短，表示穿透能力越弱。不同种类的射线，其射程长短不同。同一种射线的射程，则取决于射线的能量及被穿行物质的性质。
在标准状态(0℃、760毫米汞柱)下，α粒子随着其本身的能量不同，在空气中的射程为2.5-8.6厘米；β射线的射程为4-130厘米，最长可达几米；γ射线的射程为100-200米，它们的穿透能力之比约为α：β：γ＝1：100：10000。在固体中三种射线的穿透能力均大大减小。一张纸或0.004-0.005厘米厚的铝箔，就可把α射线全部屏蔽；0.5厘米厚的铝板可以挡住β射线，而要挡住γ射线则需50-60厘米厚的铝板才行。
(2)电离作用 射线通过物质时，可以把部分能量传递给该物质中的束缚电子(外层电子)，使其从电子壳层中逸出成为自由电子，而原子则变成带正电的离子，这种作用叫做电离作用，如果束缚电子所获得的能量不足以使它变成自由电子，而只跃迁到更高的能级，则称为激发作用，各种射线的电离作用能力(在单位距离上产生的离子对数)各不相同，α射线最强，β射线次之，γ射线最弱，其比例大约为α：β：γ＝10000：100：1，静电计和一般的幅射仪就是根据射线的电离作用来测定物质的放射性强度的。
此外，β射线通过物质时还能产生轫致辐射，它是由于β粒子通过物质时与原子核库仓场相互作用，突然改变运动方向或运动速度，其一部分能量转变而成的电磁辐射，也叫轫致伦琴射线。γ射线通过物质时，则能发生光电效应、康普顿效应和光生电子偶效应。
(3)荧光作用 射线射到某些物质上(如硫化锌、碘化钠等)，能激起荧光或磷光，荧光的强弱决定于射线的强度。闪烁探测器就是利用γ射线能使碘化钠晶体产生荧光，而测定射线的能量的。
(4)感光作用 射线与日光一样，可使碘化银分解，使照像底片感光。感光程度与放射性强度及射线照射时间的长短有关。这种作用被用于研究岩石标本中是否含有放射性矿物。
(5)产生热量 射线被物质吸收，动能转为热能，可使含有放射性物质的岩石本身及其周物质温度升高。由实验和计算可知，1克铀每小时产生9.2×10(-5次方)卡的热量，1克镭每小时放出的热量为138卡。三种射线中α射线的热效应最大。放射性衰变所产生的热量对于地球的动力活动和构造运动以及成矿作用有着重要的影响。
(6)射线作用可以引起物质发生化学反应及其它变化 如使H2O、HCl、NH4+分解，使有机组织的分子破坏而造成细胞的死亡，等等。射线还能使岩石变色或褪色(石英变黑、萤石变紫、炭质页岩褪色)。三种射线中以α射线产生化学效应的能力最大。
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