放射性衰变的类型
1.α衰变
α衰变是不稳定重核(一般原子序大于82)自发放出4He核(α粒子)的过程。如226Ra的α衰变可写成:
226Ra→222Rn+4He。
不同核素所放出的α粒子的动能不等,一般在2—8MeV范围内。222Rn、218Po、210Po等核素在衰变时放出单能α射线;231Pa、226Ra、212Bi等核素在衰变时放出几种能量不同的α射线和能量较低的γ射线。图8-1所示的226Ra衰变有两种方式(分枝衰变),第一种方式是226Ra放射出4.777MeV的α粒子后变成基态的222Rn,这种方式的几率占94.3%;另一种方式是226Ra放射出4.589MeV的α粒子后变成激发态的222Rn,然后很快地跃迁至基态222Rn并放射出0.188MeV的γ射线,这种衰变方式的几率占5.7%。
α粒子的质量大,速度小,照射物质时易使其原子、分子发生电离或激发,但穿透能力小,只能穿过皮肤的角质层。
2.β衰变
β衰变是放射性核素放射β粒子(即快速电子)的过程,它是原子核内质子和中子发生互变的结果。β衰变可分为负β衰变、正β衰变和电子俘获三种类型。
(1)β-衰变:β-衰变是核素中的中子转变为质子并放出一个β-粒子和中微子的过程。β-粒子实际上是带一个单位负电荷的电子。许多β衰变的放射性核素只发射β 粒子,不伴随其他的射线,如614C 、1532P 、3890Cs 等,但更多的β衰变的核素常常伴有γ射线,如60CO衰变时,除放射除β 粒子外,还放射两种γ射线。
β射线的电子速度比α射线高10倍以上,其穿透能力较强,在空气中能穿透几米至几十米才被吸收;与物质作用时可使其原子电离,也能灼伤皮肤。
(2)β+衰变:核素中质子转变为中子并发射正电子和中微子的过程。
(3)电子俘获:不稳定的原子核俘获一个核外电子,使核中的质子转变成中子并放出一个中微子的过程。因靠近原子核的K层电子被俘获的几率远大于其他壳层电子,故这种衰变又称为K电子俘获。当K壳层电子被俘获后,该壳层产生空位,则更高能级的电子可来填充空位,同时放射特征x射线。
3.γ衰变
γ射线是原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所放射的电磁辐射。这种跃迁对原子核的原子序和原子质量数都没影响,所以称为同质异能跃迁。某些不稳定的核素经过α或β衰变后仍处于高能状态,很快(约10-13秒)再发射出γ射线而达稳定态。
γ射线是一种波长很短的电磁波(约为0.007—0.1nm),故穿透能力极强,它与物质作用时产生光电效应、康普顿效应、电子对生成效应等。