放射性

放射性或 - { zh - cn: 輻射; zh - tw: 輻射 } - 性是指某核種的原子核不穩定 ， 會自發性地放出遊離輻射 （ 如α射線 、 β射線 、 γ射線等 ） 而衰變成另一種核種 （ 衰變產物 ） ， 這種特性稱爲放射性 。 衡量放射性強弱的國際單位爲貝克勒 （ Bq ） ， 傳統單位則爲居禮 （ Ci ） 。 原子核不穩定 、 具有放射性的核種稱爲放射性核種或放射性同位素 ， 其衰變時放出的能量稱爲衰變能量 。 至於原子核足夠穩定 ， 不會或無法觀測到其發生衰變的核種 ， 則稱作穩定核種或穩定同位素 。 每種元素都有著許多種放射性同位素 ， 若某元素的所有同位素都具有放射性 ， 則我們稱該元素爲放射性元素 ， 原子序數爲83 （ 鉍 ） 以上的元素都屬於放射性元素 ， 而原子序數小於83的元素都具有至少一種穩定的同位素 （ 鍀和鉕除外 ） 。 有趣的是 ， 週期表中原子序數爲偶數的元素 ， 其穩定同位素的數量通常比相鄰的奇數者來得多 ， 而從原子序84 （ 釙 ） 開始一直到97 （ 錇 ） 之間的放射性元素中 ， 原子序是偶數者 ， 其最長壽同位素的半衰期也都比相鄰的奇數者長 。 這是由於原子核中的質子或中子互相成對時 ， 能互相抵銷彼此的自旋角動量 ， 使得原子核具有較大的穩定度 ， 因此原子序數 （ 即質子數 ） 爲偶數的元素形成穩定核的可能性本身便比奇數者來得高 。 除了核子是否成對外 ， 原子核中具有特定數目的質子或中子時 ， 將有利於形成特別穩定的配置結構 ， 稱爲魔數 （ 皆爲偶數 ） 。 對單一原子來說 ， 放射性衰變依照量子力學是隨機過程 ， 無法預測特定一個原子是否會衰變 。 不過原子衰變的機率不會隨著原子存在的時間長短而改變 。 對大量的原子而言 ， 可以用量測衰變常數計算其衰變速率及半衰期 。 放射性核種的半衰期沒有已知的時間上下限 ， 範圍可以到55個數量級 ， 短至幾乎瞬間 ， 長至宇宙年齡的一兆倍 。 穩定性愈高的放射性核種 ， 其半衰期愈長 ， 放射性愈低 。 在所有元素的放射性同位素中 ， 有650種的半衰期超過一小時 ， 而有數千種的半衰期更短 。 發生衰變的放射性核種稱爲母核種 （ parent nuclide ） 或母同位素 （ parent isotope ） ， 其衰變後產生的核種稱作子核種 （ daughter nuclide ） 或子同位素 （ daughter isotope ） 。 子核種有可能是穩定核種 ， 但也可能同樣具有放射性 ， 會繼續衰變形成下一個子核種 。 大部分放射性核種並不直接衰變成穩定核種 ， 而是經過一連串的衰變反應 ， 最終達至穩定核種爲止 ， 稱作衰變鏈 。 放射性衰變有許多種不同的類型 。 衰變過程中若原子核的中子數或質子數發生了改變 ， 則稱此衰變爲核嬗變 。 若爲中子數的改變 ， 則核嬗變後的產物爲同種元素的另一種同位素 ； 若爲質子數的改變 ， 則核嬗變後的產物爲另一種不同的化學元素 。 最常見的衰變種類是α衰變和β衰變 。 α衰變是原子核放出α粒子 （ 氦原子核 ） ， 是發射核子的衰變中最常見的 。 不過有些原子核也會放出質子 （ 質子發射 ） 或中子 （ 中子發射 ） ， 或者釋放比α粒子更重的原子核 （ 自發分裂或 ） 。 β衰變是原子核釋放β粒子 （ 電子或正電子 ） 及微中子 ， 並將質子轉變爲中子 （ 或是將中子轉變爲質子 ） 。 原子核的質子也可能捕獲軌道上的電子 ， 使質子轉變爲中子 ， 此爲電子捕獲 。 上述的衰變種類都屬於核嬗變 。 此外 ， 也有一些核衰變不會改變原子核的組成 ， 產生新的核種 ， 例如γ衰變爲激發態原子核的能量以γ射線的方式釋出 ， 而則是激發態原子核將能量轉移至軌道電子上 ， 軌道電子再脫離原子的現象 。 這類衰變通常並不單獨發生 ， 而往往伴隨在α衰變 、 β衰變或電子捕獲之後而起 。 目前地球上有34個天然存在的放射性 ， 分屬於28個化學元素 。 它們的形成可以追溯到太陽系誕生之前 ， 由於它們都具有非常長的半衰期 ， 因此直至今日仍能以相當的量存在於地球上 。 著名的例子包括鈾 、 釷等放射性元素 ， 以及鉀 - 40 、 釤 - 147等非放射性元素的長壽放射性同位素 。 除了以上34種長壽放射性核種外 ， 地球上也存在著約50個非原生的 、 壽命較短的放射性核種 。 其中一部分是放射性原始核種衰變後的產物 （ 例如鐳 - 226 、 氡 - 222及釙 - 210等 ） ， 部分則是宇宙射線散裂產生的 （ 例如氚 、 碳 - 14及磷 - 32等 ） ， 如碳 - 14就是由宇宙射線撞擊氮 - 14所產生 。 放射性核種也可透過粒子加速器或核反應爐來人工合成 。 使用人工合成的方式能製造出許多自然界中不存在的放射性核種 ， 稱爲合成同位素或人造同位素 ， 它們的壽命通常較短 ， 且不處於自然界的3條主要衰變鏈中 ， 因此只能以人工合成的方式生成 。 所有同位素皆爲合成同位素的元素稱作人工合成元素或人造元素 ， 例如鑀 、 鐨等 。