放射性元素（Radioactive elements）是指其已知的所有同位素均具有放射性的元素，包括43號元素锝[dé]（Te）和61號元素钷[pǒ]（Pm），以及原子序數大于83的所有元素。放射性元素可分為天然放射性元素和人工放射性元素兩類，天然放射性元素即在自然界中存在的放射性元素，它們是Po，Rn，Fr，Ra，Ac，Th，Pa，U。人工放射性元素是最初通過核反應人工合成并鑒定出來的元素，包括锝、钷、镅、鋦、锫、锎、锿、鐨、鍆、锘、鐒等。截至2024年，人類已經發現了118種元素，最后的26種（從92號元素往后），都是人工合成的。
放射性元素具有較強的放射性，大部分元素半衰期較短，具有不穩定、易衰變的特性。但232Th，238U和235U具有足夠長的半衰期，因此在自然界中仍然存在，并形成三個天然放射性衰變系，即釷[tǔ]系、鈾[yóu]系和錒[ā]系。
由于放射性元素具有放射性，因此會對人體造成損傷，其損傷程度受照射劑量、時間等多種因素的影響。機體接受的放射劑量越大，時間越長，損傷越嚴重。
放射性元素的應用十分廣泛，放射性同位素的蹤跡容易被檢查出來，所以在工業、農業、生物、醫療等領域中，常常給所用元素中加入微量的放射性同位素，就可以檢查出這種元素在全部過程中的動態及結果；在醫藥學領域，放射性元素可用于體內診斷，也可作為藥物治療疾?。辉谑称奉I域，可作為一種冷殺菌技術在食品工業廣泛應用。
相關歷史
1895年底，威廉·倫琴發現了X射線，在科學界引起了巨大的轟動。倫琴用陰極射線管產生出X射線。X射線能穿透許多普通光所不能穿透的物質；特別是能直接穿過肌肉但卻不能透過骨骼。1895年12月倫琴寫出了他的第一篇X射線的論文，發表后立即引起物理界專家極大地興趣。
1896年法國貝克勒耳（Becquerel）在研究前一年倫琴發現的X射線跟天然和人工的礦石發出的磷光之間的關系時，偶然發現鈾礦也能發出跟X線非常相似的放射線。這個放射線也跟X射線一樣，能夠自由地穿透物質。同時，這射線的強度完全不受溫度、光照等鈾礦物以外條件的影響。X射線是在放電管中原子得到電能而產生的，相反，貝克勒耳發現的射線是在任何條件下都能從鈾礦物中持續放出的。像鈾那樣并沒有從外界得到能量而能自發地發出射線的性質，叫做放射性（radioactivity）。這種性質的元素叫做放射性元素。
放射性不只是鈾特有的性質。不久以后，居里（Curie）夫婦又發現了釷、釙、鐳是在自然界以放射性元素存在的。1899年法國科學家德比埃爾內從鈾礦渣中分離出放射性元素錒。1900年德國物理學家弗雷德里奇·恩斯特·多恩在研究鐳的放射性衰變產物時發現了氡[dōng]。放射性元素鏷[pú]于1913年由德國物理學家卡斯米爾·法金斯和戈哈倫發現，當時他們正通過實驗研究鈾裂變產生的元素。
1932年歐內斯特·勞倫斯（E.O.Lawrence)發明了回旋加速器，意味著一些元素可用人工方法予以合成。1934年，法國科學家F.約里奧－居里和I.約里奧－居里發現了人工放射性，為人工獲得放射性元素開辟了道路。1937年意大利科學家佩里埃（C.Perrier）和塞格瑞（E.Segre）利用氘[dāo]轟擊鉬[mù]，首次制取了43號放射性元素锝。
接著在1939年，法國的M.佩雷在研究鈾礦中錒227衰變產物時發現了元素鈁[fāng]。1940年，加利福尼亞大學的意大利教授柯森、麥肯西等，用高速X粒子轟擊83號元素鉍，第一次制得放射性元素砹[ài]。同年，美國麥克米倫等用中子轟擊鈾箔，發現了放射性元素镎[ná]。镎是第一個超鈾。則是美國科學家格倫·西博格、麥克米倫、沃爾和肯尼迪一起于1940～1941年發現的，它是第二個超鈾元素。
1944年美國科學家西博格、詹姆斯等用32兆電子伏特的α粒子轟擊钚239時發現鋦242，現已發現質量數為238～251的全部鋦同位素。钷是1945年美國物理學家馬林斯基、格蘭登寧和考耶爾在分離鈾的裂變物時發現的，至此所有原子序小于鈾的元素都已被發現。
1949年，湯姆森等人用35MeV的α粒子轟擊241Am制得了97號元素锫[péi]；次年，又用α粒子轟擊微克量的242Cm，發現了锎[kāi]。99號元素锿[āi]和100號元素鐨[fèi]是在1952年在比基尼珊瑚島發生第一次熱核爆炸的碎片中非常意外地發現的。鍆[mén]是吉奧索等人用α粒子轟擊258Es制得的。直到1961年，吉奧索等人宣布發現103號元素鐒[láo]，錒系金屬全部被發現了。原子序最大的元素則是118號的?于2002年合成出。
以后研究證明，43號元素锝（Te）和61號元素钷（Pm），以及原子序數大于83的所有元素都具有放射性，它們不存在不釋放射線的穩定同位素，射線來自原子核，釋放射線的同時，原子核發生衰變，從一種核素變成另一種核素，是放射性元素。
分類
放射性元素很多，研究證明43號元素锝（Te）和61號元素钷（Pm），以及原子序數大于83的所有元素都具有放射性，放射性元素可分為兩類：一類是天然放射性元素，另一類是人工放射性元素。天然放射性元素即在自然界中存在的放射性元素，它們是Po，Rn，Fr，Ra，Ac，Th，Pa，U。其中除具有長壽命的放射性同位素U和Th在自然界中仍然存在外，其他7個都是以238U，235U，232Th為母體的三個天然放射系的成員存在。人工放射性元素是最初通過核反應人工合成并鑒定出來的元素，包括Tc，Pm，At及原子序數Z≥93的元素。隨著科學的發展，后來發現，人工放射性元素中某些核素在自然界可能曾經存在過或者仍然有極少量存在著，例如218At和244Pu，因此也有研究者將它們定義為天然放射性元素。所有放射性元素信息如下表所示。
主要特性
放射性元素具有較強的放射性，大部分放射性元素具有不穩定、易衰變的特性。放射性元素的質量隨時間的推移而逐漸減少（負增長），這種現象稱為衰變，在自然衰變的過程中會釋放出α、β、γ射線，原子放出α粒子時質量數減少4個單位，原子序數減少2，原子放出β粒子即電子時，質量數不變，原子序數增加1，原子放出γ射線時，質量數和原子序數都不變，射線是由于放出α粒子和β粒子時原子核里有多余的能量，成為電磁波放出。放射性元素的原子放出α粒子和β粒子而衰變成其他元素的原子時，在單位時間內衰變的原子數即衰變速度，跟那時存在的原子數成正比。
描述放射性元素衰變規律的參數有：
1、衰變常數
對確定的放射性核素來說，是個常數，它的大小決定了該核素衰變的快慢程度。
式中，-dN/N表示每個原子核的衰變概率，因此衰變常數的物理意義是：單位時間內每個原子核的衰變概率。
2、半衰期T
放射性原子核數目衰減一半所需的時間稱為半衰期。T=0.693/，T與成反比，衰減常數越大則其半衰期越短，放射性元素衰變越快。
在已知的118種元素中，有37種元素有放射性同位素，其中有3個核素232Th，238U和235U，由于它們具有足夠長的半衰期，因此在自然界中仍然存在，并形成三個天然放射性衰變系，即釷系、鈾系和錒系。
釷系（4n系），從232Th（T1/2=1.4×1010a）開始。
鈾系（4n+2系），從238U（T1/2=4.5×105a）開始。
錒系（4n+3系），從235U（T1/2=7×108a）開始。
其他天然放射性元素中，一些是U和Th的衰變子體，它們的半衰期相對地球的年齡而言比較短，在未經擾動的體系中與U和Th達成母子體平衡而共存。
3、平均壽命
放射性物質中，有些原子核早衰變，有些則晚衰變，因此，就單個來說，它們的壽命是不同的。平均壽命是指放射性原子核生存的平均時間。平均壽命就等于衰減常數的倒數。
應用領域
醫學領域
放射性元素99mTc為理想的診斷用核素，它不發射β粒子，只發射γ射線，具有較強的穿透力，同時在體內的電離輻射損傷較小，因此更適宜用于體內診斷。該核素的半衰期為6.02h，可以滿足臨床檢查項目所需時間，也避免受檢者接受不必要的輻射劑量；化學性質活潑，可以標記多種化合物，用于多種臟器顯像。
制藥領域
放射性藥物是一類特殊的藥物，除具備藥物的特點外，它還有放射性，利用其發射的射線達到診斷和治療的目的。國際上放射性藥物研發呈現加速態勢。2018到2020年間，共有7個放射性藥物在美國和歐洲獲得批準上市。如由諾華集團子公司先進加速器應用公司研發的Lutetium（177Lu）oxodotreotide注射液，于2017年9月26日獲歐洲藥品管理局（EMA）批準上市，2018年1月26日獲美國FDA批準上市，它是一種177Lu標記的生長抑素類似物，可與生長抑素受體結合，尤其對生長抑素受體-2（SSRT-2）親和力最高，用于治療生長抑素受體陽性的胃腸膜腺神經內分泌腫瘤。
考古領域
用于無損探傷、示蹤蹤跡時，總是希望所使用的放射性元素的半衰期足夠短，從而使加入的放射性很快消逝。但用于考古則希望所使用的是某些半衰期較長的放射性元素。例如，地球的年齡約為4×109年，這個數值就是根據238U的半衰期和它的含量估計出來的；又如，從有機體死亡到現在所經過的時間，可以從測量古物尚存的放射性核14C的放射性來求得。
核能領域
煤、炭、木柴、石油等燃料在氧的作用下燃燒產生熱和光，是人們長期以來用釋放化學能的方法獲得能量的主要來源。由于科學技術的迅速發展，人們在自然界中獲得一種新的燃料——核燃料，人們利用核燃料的原子核分裂或聚合時釋放出來的原子能，可以產生大量的熱能。核燃料蘊藏的能量要比普通燃料蘊藏的能量大千百萬倍。這種新燃料的發現和使用，標志著人類在開發和利用自然界的能源方面又進入了一個新階段。自然界中許多元素都可作為核燃料，但最主要的核燃料是放射性元素鈾。
食品領域
輻照作為一種冷殺菌技術在食品工業廣泛應用。當輻照處理食品時，食品本身不直接接觸放射源，不會沾染放射性物質。FAO、IAEA以及WHO等國際組織多次提出，經10kGy以下劑量輻照食品是安全的。相對于其他食品工藝，輻照工藝并不會帶來更多的營養損失。中國對食品輻照加工實行許可制度，輻照食品應嚴格按照允許的輻照食品范圍和輻照限定劑量執行，以確保輻照食品安全。
工業領域
高能γ射線能夠穿透相當厚的金屬，其強度將根據材料的厚度、種類而衰減。放射性射線的這一性質可用于無損探傷。檢驗材料缺陷時，在被檢驗物的一邊放置γ射線源，將照相底板或其他指示器放在被檢驗物的另一邊，那么照相底板的黑度與金屬的厚度有關。如果金屬板有裂紋或小孔時，射線被吸收程度少，因而容易通過，照相底板的黑度就會有變化。在檢查大的焊縫時，將一個射線源放在焊縫的一邊，有計數器在焊縫的另一邊進行掃描，可以迅速檢查出焊縫的均勻度。
檢測領域
因為放射性同位素的蹤跡容易被檢查出來，所以在工業、農業、生物、醫療等領域中，常常給所用元素中加入微量的這類元素的放射性同位素，混合物中所有的原子的化學性質都是完全一樣的，僅因有放射性，就可以檢查出這種元素在全部過程中的動態及結果。例如，在磷肥中加入微量32P，人們通過對這種示蹤原子在農作物蹤跡的檢測，判斷農作物對磷的吸收情況。
如果某一地下水管有滲漏，那么滲漏處必然有水的積蓄，如果應用放射性示蹤原子技術，將某種含有放射性元素的鹽溶液加入管中，這種同位素將堆集在滲漏處，只要測定一下放射性的強度即可探測出滲漏處。
利用示蹤原子技術可以精確地測量出某一物質的極小濃度。例如，甲狀腺是向人體提供碘的調節器，如果用放射性碘代替通常食物中含量已知的碘，那么甲狀腺中的實際含碘量即可通過腺體的放射性而求出。
如果某一流動液體是可以看得見的，那么只要在液體中加入一點染色并測量通過兩個固定點之間的時間就可以求出流速。但如果液體是看不見的，例如輸油管里的油那么就可以利用示蹤原子技術給它“染色”，放射性溶液通過兩個固定點的過程可以用計數管跟蹤。這種方法可以推廣用來探測通過復雜管路體系的液體流動。
來源分布
自然產生
自然界中最普遍、豐度最高的放射性元素有三個：分別為釷、鈾和鉍等三種原始放射性元素，這三個元素都有一個或多個半衰期極長的放射性同位素，發生衰變的速率非常緩慢。因此雖然這些放射性元素的原子在太陽系形成之前、恒星核合成時即產生，在經歷數十億年后仍得以相當的量存留到現在。其中釷和鈾的衰變過程構成了現今自然界中最主要的三條衰變鏈，分別是以釷-232為母體的釷衰變鏈、以鈾-238為母體的鈾衰變鏈和以鈾-235為母體的錒衰變鏈，這三條衰變鏈的最終產物分別是穩定的鉛-208、鉛-206和鉛-207。而鉍-209是第四條衰變鏈镎衰變鏈的倒數第二個子核素，會衰變成穩定的鉈-205。
人工合成
人工放射性元素是最初通過核反應人工合成并鑒定出來的元素，包括Tc，Pm，At及原子序數Z≥93的元素。例如，43號放射性元素锝是利用氘轟擊鉬制得；元素鈁、钷是鈾礦衰變產物；用高速X粒子轟擊83號元素鉍，制得放射性元素砹；用中子轟擊鈾箔制得放射性元素镎，用中子轟擊元素钚制得元素镅，用α粒子轟擊元素钚制得元素鋦等。
放射性危害
污染來源
隨著核工業和軍事工業的發展及一些核素的各種應用，使大氣中的放射性物質不斷增加。引起環境放射性污染的來源主要是人為放射源。人為放射性污染源有：核彈試驗、核工業的鈾礦開采、礦石加工、核反應堆和核能電站及燃料后處理、核動力艦艇和航空器、高能加速器以及醫學科研、工農業各部門開放性使用放射性核素等。另外，日常生活中也有放射性物質，如：磷肥、打火石、火焰噴射玩具、夜光表、彩色電視機、裝飾用大理石等，均可產生不同強度和劑量的放射線。
對人體的危害
放射性元素具有放射性而元素的放射性會對人體產生危害，放射性對人體的損傷程度受照射劑量、時間等多種因素的影響。機體接受的劑量越大，時間越長，損傷越嚴重。射線性質和照射方式的不同，放射性輻射的傷害程度也不同，核輻射的遺傳效應是由于引起再生細胞的遺傳部分的變化所致。遺傳損傷是積累性的 ，對于受照射的本人并沒有任何明顯的損傷，但是對后代會有顯著的影響。
放射性防護與治理
對于外照射的防護，重點是防護β射線、γ射線、X射線、中子射線，尤其是γ射線和中子射線， 它們能穿透機體，損傷各種組織和器官，而α射線射程短，不能穿透外層皮膚，基本沒有外照射危害，但當劑量較大時可造成皮膚燒傷。外照射防護通常有以下三種防護方式：
時間防護：人員所受到的照射劑量與受照時間成正比，受照時間越長，所接受的照射劑量越多，傷害越重， 所以要盡量縮短在放射性物品存在的環境中滯留的時間，當遇到意外事故，要及時離開輻射現場，不要盲目進入， 若撿拾到放射性物品，盡快讓其與人分離。
距離防護：對于點放射源，照射量率與距離的平方成反比，即離放射性物品越遠，接受的放射性照射越少，受到的損傷越輕。屏蔽防護就是在人員與放射性物品之間安裝屏蔽物，把人員與放射性物品隔離，從而達到防護的目的。不同的射線，因性質的不同需要采用不同的屏蔽材料進行防護。
屏蔽防護：就是在人員與放射性物品之間安裝屏蔽物，把人員與放射性物品隔離，從而達到防護的目的。不同的射線，因性質的不同需要采用不同的屏蔽材料進行防護。
參考資料 >
放射性元素.術語在線.2024-01-12