放射性元素的衰变

放射性

放射性是指元素从不稳定的原子核自发地放出射线（如α射线、β射线、γ射线等）而衰变形成稳定的元素而停止放射（衰变产物），这种现象称为放射性。衰变时放出的能量称为衰变能量。原子序数在83（铋）或以上的元素都具有放射性，但某些原子序数小于83的元素（如锝）也具有放射性。而有趣的是，从原子序93开始一直到锫元素有以下特性：原子序是偶数的，半衰期都特别长。由于偶数元素的原子核含有适当数量的质子和中子，因此形成有利的配置结构。

对单一原子来说，放射性衰变依照量子力学是随机过程，无法预测特定一个原子是否会衰变。不过原子衰变的概率不会随着原子存在的时间长短而改变。对大量的原子而言，可以用量测衰变常数计算衰变速率及半衰期。其半衰期没有已知的时间上下限，范围可以到55个数量级。

有许多种不同的放射性衰变。衰变或是能量的减少都会使有某种原子核的原子（父/母放射核素）转变为有另一种原子核的原子，或是其中子或质子的数量不同，称为子体核素。在一些衰变中，父/母放射核素和子体核素是不同的化学元素，因此衰变后产生了新的元素，这称为核嬗变。

*早发现的衰变是α衰变、β衰变、γ衰变。α衰变是原子核放出α粒子（氦原子核），是*常见释放核子的衰变，不过原子核偶尔也会释放质子，或者释放其他特殊的核子（称为簇衰变）。β衰变是原子核释放电子（或正子）及微中子，会将质子转变为中子（或是将中子转变为质子） 。核子也可能捕获轨道上的电子，使质子转变为中子，这为电子捕获，上述的衰变都属于核嬗变。

相反的，也有一些核衰变不会产生新的元素，受激态原子核的能量以伽马射线的方式释出，称为伽马衰变，或是将激发态原子核将能量转移至轨道电子上，轨道电子再脱离原子，称为内部转换。若是核子中有大量高度受激的中子，有时会以中子发射的方式释放能量。另外一种核衰变是将原来的原子核变为二个或多个较小的原子核，称为自发性的核分裂，出现在大量的不稳定核子自发性的衰变时，一般也会释放伽马射线、中子或是其他粒子。

地球上有28种化学元素具有放射性，其中有34种放射性同位素是在太阳系形成前*存在的。*的放射性同位素例子是铀和钍；也包括在自然界中，半衰期长的同位素，例如钾-40；有15种是半衰期短的同位素，像镭及氡，是由原始核素衰变后的产物；也有因为宇宙射线而产生的，像碳-14*是由宇宙射线撞击氮-14而产生。放射性同位素也可由粒子加速器或核反应堆而人工合成，其中有650种的半衰期超过一小时，有数千种的半衰期更短。

衰变类型

放射性原子核能以许多不同的形式进行衰变以使自身达到更稳定的状态。下表中总结了主要的几种衰变类型。一个质量数为A、原子序数为Z的原子核在表中描述为（A, Z），“子核”一栏以这种描述方式指出母核衰变后产生的子核与母核的不同。例如，（A −1，Z + 1）意为“子核质量数比母核少1（少一个核子），而原子序数比母核多1（多一个质子）”。