钍衰变链

科技工作者之家  |   2020-11-17 17:58

钍衰变链是指钍-232的4n链。由自然产生的钍-232开始,这个衰变链的衰变产物包括以下几种元素:锕、铋、铅、钋、镭及氡,它们都短暂或长期地存在于任何含有钍元素的合金、化合物或矿藏中。

简介钍衰变链是指钍-232的4n链。由自然产生的钍-232开始,这个衰变链的衰变产物包括以下几种元素:锕、铋、铅、钋、镭及氡,它们都短暂或长期地存在于任何含有钍元素的合金、化合物或矿藏中。1

衰变链核科学里,衰变链指的是放射性衰变过程中成链产生的一系列衰变产物。大部分放射性元素并不直接衰变成稳定的状态,而是经过一连串的衰变反应,最终达至稳定的同位素为止。

衰变阶段的名称取决于它与前后阶段的关系。“母同位素”衰变后产生“子同位素”。子同位素有可能是稳定的,但也可以继续衰变形成下一个子同位素。子同位素的子同位素称为第二代子同位素。

单独一个母原子衰变成一个子原子的时间不定,不但在不同的母子原子对中有所不同,而且在同一种母子衰变反应中也有差异。单个原子的衰变是瞬时发生的,但是最初一堆原子在经过时间t后的衰变则由指数分布e表示,当中的λ称为衰变常数。正因为衰变的指数特征,因此每一种同位素都有其半衰期。起初一定数量的相同放射性同位素在经过半衰期后,其中的一半会衰变成子同位素。实验已经测定了数千种放射性同位素(或放射性核素)的半衰期,从几乎马上衰变到10年以上不等。

中间的衰变阶段往往比最初放射性同位素的衰变具有更强的放射性。当达至平衡之后,第二代子同位素的量与其半衰期成正比。不过由于其活跃性与半衰期成反比,任何在衰变链中的核素最终都会达到母同位素的放射水平。例如,自然铀的放射性并不特别高,但是沥青铀矿的放射性却是它的13倍,因为矿中还包含镭和其他子同位素。除了镭明显较高的放射性之外,衰变链中的下一步会产生氡。氡是一种放射性的重惰性气体,会囤积在含有钍或铀的岩石附近的空隙里,如地下室和矿井里。长期接触氡气是导致非吸烟者患上肺癌的最主要原因。1

钍的同位素(标准原子质量:232.0377)有6种天然存在的同位素,但没有任何一种是稳定的。其中,232Th最为稳定,半衰期长达140亿年(1.4×10),比地球的年龄和普遍接受的宇宙年龄还要长。天然的钍元素样本几乎都是由这个同位素构成,因此,钍曾经被认为是单核素元素(仅有一种稳定同位素的元素)。然而,2013年,发现深海中230Th的含量较高,因此IUPAC将钍归类为双核素元素。由于天然钍元素样本中,232Th和230Th存在一定的比例,因此可以给出钍的标准原子质量,约为232.0377。

目前已观测到的钍同位素中,最轻的为钍-209、最重的为钍-238。1

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学