放射性元素的衰變

放射性

       放射性是指元素從不穩定的原子核自發地放出射線（如α射線、β射線、γ射線等）而衰變形成穩定的元素而停止放射（衰變產物），這種現象稱為放射性。衰變時放出的能量稱為衰變能量。原子序數在83（鉍）或以上的元素都具有放射性，但某些原子序數小于83的元素（如锝）也具有放射性。而有趣的是，從原子序93開始一直到锫元素有以下特性：原子序是偶數的，半衰期都特別長。由于偶數元素的原子核含有適當數量的質子和中子，因此形成有利的配置結構。

       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。不過原子衰變的概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衰變速率及半衰期。其半衰期沒有已知的時間上下限，范圍可以到55個數量級。

       有許多種不同的放射性衰變。衰變或是能量的減少都會使有某種原子核的原子（父/母放射核素）轉變為有另一種原子核的原子，或是其中子或質子的數量不同，稱為子體核素。在一些衰變中，父/母放射核素和子體核素是不同的化學元素，因此衰變后產生了新的元素，這稱為核嬗變。

       *早發現的衰變是α衰變、β衰變、γ衰變。α衰變是原子核放出α粒子（氦原子核），是*常見釋放核子的衰變，不過原子核偶爾也會釋放質子，或者釋放其他特殊的核子（稱為簇衰變）。β衰變是原子核釋放電子（或正子）及微中子，會將質子轉變為中子（或是將中子轉變為質子） 。核子也可能捕獲軌道上的電子，使質子轉變為中子，這為電子捕獲，上述的衰變都屬于核嬗變。

       相反的，也有一些核衰變不會產生新的元素，受激態原子核的能量以伽馬射線的方式釋出，稱為伽馬衰變，或是將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，稱為內部轉換。若是核子中有大量高度受激的中子，有時會以中子發射的方式釋放能量。另外一種核衰變是將原來的原子核變為二個或多個較小的原子核，稱為自發性的核分裂，出現在大量的不穩定核子自發性的衰變時，一般也會釋放伽馬射線、中子或是其他粒子。

       地球上有28種化學元素具有放射性，其中有34種放射性同位素是在太陽系形成前*存在的。*的放射性同位素例子是鈾和釷；也包括在自然界中，半衰期長的同位素，例如鉀-40；有15種是半衰期短的同位素，像鐳及氡，是由原始核素衰變后的產物；也有因為宇宙射線而產生的，像碳-14*是由宇宙射線撞擊氮-14而產生。放射性同位素也可由粒子加速器或核反應堆而人工合成，其中有650種的半衰期超過一小時，有數千種的半衰期更短。

衰變類型

       放射性原子核能以許多不同的形式進行衰變以使自身達到更穩定的狀態。下表中總結了主要的幾種衰變類型。一個質量數為A、原子序數為Z的原子核在表中描述為（A, Z），“子核”一欄以這種描述方式指出母核衰變后產生的子核與母核的不同。例如，（A ?1，Z + 1）意為“子核質量數比母核少1（少一個核子），而原子序數比母核多1（多一個質子）”。