【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話(huà)嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。?

第九章原子核的結(jié)構(gòu)

【山話(huà)||? 本系列專(zhuān)欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫(kù)（1庫(kù)倫=3×10?靜庫(kù)）；電勢(shì)的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！??

§9-3放射性元素的蛻變規(guī)律

【01】我們已經(jīng)知道，放射性元素的原子核能夠自發(fā)地放射出 α、β 和 γ 射線(xiàn)，并且在放出射線(xiàn)后，自己就變成了具有不同性質(zhì)的新元素。這種變化叫做蛻變。放射 α 射線(xiàn)的蛻變叫 α 蛻變，放射 β 射線(xiàn)的蛻變叫 β 蛻變。

【02】正因?yàn)榉派湫栽氐耐懽兪亲园l(fā)進(jìn)行的，所以總帶有一定的偶然性，這就是說(shuō)，并不是所有的原子核都在進(jìn)行蛻變，因此任何一塊放射性物質(zhì)都不會(huì)一下子全部蛻變完。為了研究放射性元素的蛻變規(guī)律，我們可以作以下的實(shí)驗(yàn)。

【03】取一塊質(zhì)量已知的放射性元素釙，把它放在閃爍鏡中，根據(jù)閃光的數(shù)目就可以計(jì)算打在熒光屏上的 α 粒子數(shù).我們知道，釙原子核在放出 1 個(gè) α 粒子后就蛻變成沒(méi)有放射性的鉛原子核，所以閃光的次數(shù)也表明在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生蛻變的釙原子核數(shù)，這塊放射性物質(zhì)原來(lái)含有的原子核總數(shù)可以根據(jù)其質(zhì)量和釙元素的原子量來(lái)推知。如果我們仔細(xì)觀察一晝夜，就會(huì)發(fā)現(xiàn)每 100,000 個(gè)釙原子核中有 495 個(gè)發(fā)生了蛻變；如果繼續(xù)觀察一晝夜，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在剩下的每 100,000 個(gè)釙原子核中仍然有 495 個(gè)發(fā)生了蛻變；繼續(xù)進(jìn)行觀察，結(jié)果仍舊一樣。

【04】由此可知，在有大量原子核的放射性物質(zhì)中，在相同的時(shí)間內(nèi)，發(fā)生蛻變的原子核數(shù)與原子核總數(shù)之比總是一定的。這個(gè)比值就叫做放射性元素的蛻變常數(shù)【放射性元素蛻變常數(shù)的倒數(shù)又叫做放射性元素的平均壽命】。

【05】各種放射性元素的蛻變常數(shù)各不相同，就表明各種原子核的不穩(wěn)定性程度也各不相同。上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在以一晝夜（天）為時(shí)間單位的情況下，放射性元素釙的蛻變常數(shù)??天?1。

【06】根據(jù)放射性元素的蛻變規(guī)律，并利用數(shù)學(xué)分析的方法可以推算出，在一定量的放射性元素中有一半原子核發(fā)生蛻變所需要的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就叫做放射性元素的半衰期。計(jì)算表明，放射性元素的半衰期是跟它的蛻變常數(shù)成反比的，它們之間的關(guān)系式是?，即 ? 。

【07】對(duì)于放射性元素釙說(shuō)來(lái)??天。也就是說(shuō)，如果有 20 克釙，過(guò)了 140 天就只剩下 10 克，再過(guò) 140 天就只剩下 5 克，再過(guò) 140 天就只剩下 2.5 克了……。

【08】各種放射性元素的半衰期也是各不相同的。有的長(zhǎng)達(dá)幾百億年（T釷＝1.39×101o 年），而有的卻只有幾天（T鐳E＝5天），還有的甚至短到幾萬(wàn)分之一秒（T釷C'＝3×10?? 秒）。比較不同元素的半衰期可以了解它們放射性的強(qiáng)弱。在質(zhì)量相同的情況下，半衰期愈短的元素，放射性就愈強(qiáng)烈。此外，我們還可以利用放射性元素半衰期的測(cè)量來(lái)鑒別不同的放射性同位素。

【09】和任何其他過(guò)程一樣，在原子核的蛻變過(guò)程中，也要遵守電荷守恒定律和質(zhì)量守恒定律。由于任何個(gè)別原子核的質(zhì)量可以近似地用它的質(zhì)量數(shù)來(lái)表示【質(zhì)量數(shù)是與該原子的原子量最接近的整數(shù)。例如氦的原子量是?4.003，其質(zhì)量數(shù)就是?4】，因此我們可以近似地用質(zhì)量數(shù)守恒定律來(lái)代替質(zhì)量守恒定律：通常我們總是在元素符號(hào)的右上角標(biāo)以質(zhì)量數(shù) M，而在它的左下角標(biāo)以電荷數(shù) Z（即原子序數(shù)）來(lái)表示各種原子核或粒子。例如，?O1?、??U23? 分別是氧原子核和鈾原子核的符號(hào)；而 ?He?、-?eo 分別是 α 粒子和 β 粒子的符號(hào)。

【10】一個(gè)放射性原子核在進(jìn)行 α 蛻變后，電荷數(shù)（原子序數(shù)）Z 就減少 2，它在周期表內(nèi)的位置就向左移 2 格，同時(shí)質(zhì)量數(shù) M 減少 4。例如?；? 。

【11】一個(gè)放射性原子核在進(jìn)行 β 蛻變后，電荷數(shù)（原子序數(shù)）Z 將增加 1【少了一個(gè)負(fù)電荷，也就相當(dāng)于多了一個(gè)正電荷】，它在周期表內(nèi)的位置向右移 1 格，但質(zhì)量數(shù) M 卻保持不變。例如；? 。

【12】這樣的規(guī)律就叫做位移規(guī)律。若用 X、Y 分別代表蛻變前后的元素，其中 X 是母元素，Y 是子元素，那么 α 蛻變和 β 蛻變的位移規(guī)律就可以用一般公式表示：（α 蛻變）；（β 蛻變）。

【13】由于 γ 光子不帶電，所以當(dāng)原子核放出?γ?射線(xiàn)時(shí)，它在周期表內(nèi)的位置并不移動(dòng)，只是從不穩(wěn)定的激發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定狀態(tài)。這一過(guò)程可以寫(xiě)作?? 。

【14】科學(xué)研究結(jié)果表明，地球上所有現(xiàn)存的天然放射性元素歸納起來(lái)都是由三種原始的母元素蛻變而來(lái)的。每一種原始的母元素和它所產(chǎn)生的子子孫孫，直到最后蛻變成穩(wěn)定的元素為止組成一個(gè)放射系。這三個(gè)天然放射系就是鈾(U)系、釷(Th)系和錒(Ac)系。

【15】圖9·7表示這三個(gè)放射系的蛻變情況。圖中的橫坐標(biāo)代表電荷數(shù)（原子序數(shù)）Z，縱坐標(biāo)代表質(zhì)量數(shù) M，在這三個(gè)圖中，α 蛻變使元素原子核的位置向左向下移，而 β 蛻變使元素原子核的位置沿水平線(xiàn)向右移動(dòng)。從圖上還可以看到，大多數(shù)的元素都能發(fā)生 α 蛻變或 β 蛻變，但是也有少數(shù)元素既能發(fā)生 α 蛻變，又能發(fā)生 β 蛻變。例如在鈾系中的元素鐳C(RaC)和釷系中的釷C(ThC)。這時(shí)，對(duì)它每一個(gè)原子核說(shuō)來(lái)，仍然是發(fā)生 α 蛻變或發(fā)生 β 蛻變，可是就整塊放射性物質(zhì)說(shuō)來(lái)，則同時(shí)發(fā)出 α 射線(xiàn)和 β 射線(xiàn)。這三個(gè)放射系最后都是鉛的各種穩(wěn)定同位素。所以放射性元素的產(chǎn)地總有鉛同時(shí)存在。

習(xí)題9-1~9-3

1、為什么利用威耳遜云室可以探測(cè)到 α、β 等帶電粒子在物質(zhì)中的徑跡？

2、從哪些事實(shí)和實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明 α 粒子是氨原子核？

3、什么叫做射程？比較 α 粒子和 β 粒子在空氣中的射程，并說(shuō)明為什么?β?粒子的射程較大。

4、利用蓋革計(jì)數(shù)器測(cè)得 1 克放射性鐳每秒鐘發(fā)射 α 粒子 3.71×101o 個(gè)，求鐳的蛻變常數(shù)和半衰期。[提示：]【1.39×10?11秒?1，約1590年】

5、已知放射性氡(Rn)的半衰期是 3.82 天，設(shè)有 32 克純氡，問(wèn)幾天后將減少成 1 克？【19.1天】

6、某種放射性物質(zhì)的樣品在 15 天后只余下原來(lái)的 1/8，求這種放射性物質(zhì)的半衰期，并鑒別它是哪一種放射性物質(zhì)?！?天，鐳E】

7、寫(xiě)出下列各元素的原子核符號(hào)：硼11，鈉23，磷31，釙210，鈾235。（元素后面的數(shù)字代表原子核的質(zhì)量數(shù)）【?B11、??Na23、??P31、??Po21o、??U23?】

8、試問(wèn) ??U23? 蛻變成 ??Pb2o?，要經(jīng)過(guò)幾次 α 蛻變和幾次 β 銳變？??U23? 蛻變成???Pb2o? 要經(jīng)過(guò)幾次?α?蛻變和幾次?β?蛻變？【8 次?α?蛻變和 6 次?β?銳變，7 次?α?蛻變和 4 次?β?銳變】