环境监测——辐射与放射性监测.docVIP

第七章 辐射与.1 放射性的基本概念 7.2 放射性监测的方法 7.1 放射性监测的基本概念 7.1.1放射性和同位素 原子核自发地放射出α、β、γ等各种射线的现象，称为放射性。放射性是1896年法国物理学家贝壳勒尔（H.Becquerel）发现的。他发现铀盐能放射出穿透力很强的，并能使照相底片感光的一种不可见的射线。许多天然和人工制造的核素都能自发地放射出射线。除了上述3种射线外，还有正电子、质子、中子和中微子等其它粒子。能放射各种射线的核素，称为放射性核素。发射放射性是核素一种固有的特性，不受加温、、加压或加磁场的影响，是由原子核内部的变化引起的，与核外电子状态的改变关系很小。同位素是指具有相同核电荷但不同原子质量的原子（核素）称为同位素。自19世纪末发现了放射性以后，到20世纪初，人们发现的放射性元素已有30多种，而且证明，有些放射性元素虽然放射性显著不同，但化学性质却完全一样。1910年英国化学家F.索迪提出了一个假说，化学元素存在着相对原子质量和放射性不同而其他物理化学性质相同的变种，这些变种应处于周期表的同一位置上，称做同位素。不久，就从不同放射性元素得到一种铅的相对原子质量是206.08，另一种则是208。1897年英国物理学家W.汤姆逊发现了电子，1912年他改进了测电子的仪器，利用磁场作用，制成了一种磁分离器（质谱仪的前身）。当他用氖气进行测定时，无论氖怎样提纯，在屏上得到的却是两条抛物线，一条代表质量为20的氖，另一条则代表质量为22的氖。这就是第一次发现的稳定同位素，即无放射性的同位素。当F.W. 阿斯顿制成第一台质谱仪后，进一步证明，氖确实具有原子质量不同的两种同位素，并从其他70多种元素中发现了200多种同位素。到目前为止，己发现的元素有109种，只有20种元素未发现稳定的同位素，但所有的元素都有放射性同位素。大多数的天然元素都是由几种同位素组成的混合物，稳定同位素约300多种，而放射性同位素竟达1500种以上。1932年提出原子核的中子一质子理论以后，才进一步弄清，同位素就是一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子。由于质子数相同，所以它们的核电荷和核外电子数都是相同的（质子数=核电荷数=核外电子数），并具有相同电子层结构。因此，同位素的化学性质是相同的，但由于它们的中子数不同，这就造成了各原子质量会有所不同，涉及原子核的某些物理性质（如放射性等），也有所不同。一般来说，质子数为偶数的元素，可有较多的稳定同位素，而且通常不少于3个，而质子数为奇数的元素，一般只有一个稳定核素，其稳定同位素从不会多于两个，这是由核子的结合能所决定的。 同位素的发现，使人们对原子结构的认识更深一步。这不仅使元素概念有了新的含义，而且使相对原子质量的基准也发生了重大的变革，再一次证明了决定元素化学性质的是质子数（核电荷数），而不是原子质量数。 α射线高速运动的氦原子核的粒子束电离作用大，贯穿本领小。β射线高速运动的粒子束，它的电离作用较小，贯穿本领大。波长很短的电磁波，称为γ射线。它的电离作用小，贯穿本领大。放射性同位素的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位 素，这就是所谓“核衰变”。放射性同位素在进行核衰变的时候，可放射出α射线、 β射线、γ射线和电子俘获等，但是放射性同位素在进行核衰变的时候并不一定能同 时放射出这几种射线。核衰变的速度不受温度、压力、电磁场等外界条件的影响，也 不受元素所处状态的影响，只和时间有关。放射性同位素衰变的快慢，通常用“半衰 期”来表示。半衰期（half-life）即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一 半时所需要的时间。如磷－32的半衰期是14.3天，就是说，假使原来有100万个磷－32 原子，经过14.3天后，只剩下50万个了。半衰期越长，说明衰变得越慢，半衰期越 短，说明衰变得越快。半衰期是放射性同位素的一特征常数，不同的放射性同位素有 不同的半衰期，衰变的时候放射出射线的种类和数量也不同。235，每隔4亿5千万年就有一半变成铅与氦，钍232的半衰期是13亿年，而铷82的半衰期则将近50亿年。从这些同位素和他们衰变产物的相对浓度中，我们测定出地球最古老的岩石-西格陵兰片麻岩已有38亿年的历史。但这显然还只是地球从“天文时期”进入“地质时期”前后的时间。根据对月球岩石和太阳系陨星的测定和比较，我们地球的高寿应该是46亿岁了。 常用同位素的特征 同位素 符号 半衰期 氢-3 3H 12.3年 碳-14 14C 5720年 磷－32 32P 14.3天 硫－35 35S 87.1天 碘－131 131I 8.05天 常用同位素性质列表 放射性核素 半期 射线类型 3H 12.4 years β- 7Be 53.3 day