放射系

放射系

radioactives eries

這些重放射性核素的電荷數Z都大於81。自然界存在3個天然放射系 ，其母核半衰期都很長 ，和地球年齡（約45.5億年）相近或大於地球年齡，因而經過漫長的地質年代後還能保存下來。每一放射系中的核素主要通過α衰變，少數通過β-衰變形成親代聯繫，且伴隨有γ躍遷；有少數核素有分支放射衰變，但絕無β+衰變或軌道電子俘獲；通過10餘次衰變最後到達穩定的鉛同位素。由於α衰變質量數改變4個單位，β-衰變質量數不變，每一放射系核素的質量數可以用4除，餘數恆定，因此係內各核素可用4乘適當整數加該系的特定恆定數來表示。釷系又稱4n系，從²³²Th開始，終止於²⁰⁸Pb；鈾系又稱4n+2系，從²³⁸U開始，終止於²⁰⁶Pb；錒系又稱4n+3系，從²³⁵U開始，終止於²⁰⁷Pb。另一個鎿系又稱 4n+1 系，是用核反應方法合成的人工放射系，母體是²⁴¹Pu，最後衰變到穩定的²⁰⁶Pb，其中²³⁷Np的半衰期最長，為2.14×10^6年 ，因而以它的稱謂命名。一些人工製造出的超鈾元素，可衰變為各放射系的母體核素，因而可銜接在各放射繫上面。

重放射性核素的遞次衰變系列。它包括三個天然放射系和一個人工放射系。

自然界存在三個天然放射系，其母核半衰期都很長，和地球年齡（約45.4億年）相近或大於地球年齡,因而經過漫長的地質年代後還能保存下來。它們的成員大多具有α放射性,少數具有β-放射性,一般都伴隨有γ輻射，但沒有一個具有 β+放射性或軌道電子俘獲的。每個放射系從母核開始，經過至少10次連續衰變，最後達到穩定的鉛同位素。

從²³²Th開始，經過10次連續衰變，最後到穩定核素²⁰⁸Pb。該系成員的質量數A都是4的整倍數,A=4n，所以釷系也叫4n系。母核²³²TH的半衰期為 1.41×10^10年。子核半衰期最長的是²²⁸Ra，其值為5.76年。所以，釷系建立起長期平衡，需要幾十年時間。

從²³⁸U開始,經過14次連續衰變，最後到穩定核素²⁰⁶Pb。該系成員的質量數A 都是4的整倍數加2,A=4n+2,所以鈾系也叫4n+2系。母核238U的半衰期為4.468×10^9年。子核半衰期最長的是²³⁴U，其值為2.45×10^5年。所以，鈾系建立起長期平衡，需要幾百萬年的時間。

從²³⁵U開始，經過11次連續衰變,最後到穩定核素²⁰⁷Pb。由於²³⁵U俗稱錒-鈾,因而該系稱為錒-鈾系 ^[1]  。該系成員的質量數A都是4的整倍數加3，A=4n+3,所以錒系也叫 4n+3系。母核²³⁵U的半衰期為7.038×10^8年。子核半衰期最長的是 ²³¹Pa，其值為3.28×10^4年，所以，錒系建立起長期平衡，需要幾十萬年的時間。

除了上述三個天然放射系之外，還有用核反應方法合成的一個人工放射系──鎿系。

該系母體通常是²⁴¹Pu。把 ²³⁸U放在反應堆中照射。連續俘獲3箇中子,變成²⁴¹U，再經過兩次β-衰變，便得到²⁴¹Pu。²⁴¹Pu的半衰期是14.4年，從²⁴¹Pu開始，經過14次衰變到²⁰⁵Tl。其中最後一次衰變由²⁰⁹Bi經α衰變變為²⁰⁵Tl，半衰期長達1.9×10¹⁹年，達到宇宙年齡的10億倍。

在這個放射系中²³⁷Np的半衰期較長,為2.14×10^6年，所以這個系稱為鎿系。該系成員的質量數A都是4的整倍數加1，A=4n+1，因此也叫4n+1系。

除了這四個放射系以外，核裂變碎片也往往形成遞次衰變的放射系。例如， 由於可利用的裂變碎片都是人工產生的，所以裂變碎片放射系（也叫裂變碎片鏈）都屬於人工放射系。

盧希庭主編：《原子核物理》，原子能出版社，北京，1981。 　P. Marmier, E. Sheldon, Physics of Nuclei and particles, Academic Press, New York and London, 1969. 　E. Segrè, Nuclei and particles,2nd ed., W.A.Benjamin, Reading, Mass., 1977.