衰變鏈是指釷-232的4n鏈。由自然產(chǎn)生的釷-232開始,這個衰變鏈的衰變產(chǎn)物包括以下幾種元素:、鉍、鉛、釙、鐳及,它們都短暫或長期地存在于任何含有釷元素的合金、化合物或礦藏中。
衰變鏈
核科學里,衰變鏈指的是放射性衰變過程中成鏈產(chǎn)生的一系列衰變產(chǎn)物。大部分放射性元素并不直接衰變成穩(wěn)定的狀態(tài),而是經(jīng)過一連串的衰變反應,最終達至穩(wěn)定的同位素為止。
衰變階段的名稱取決于它與前后階段的關(guān)系。“母同位素”衰變后產(chǎn)生“子同位素”。子同位素有可能是穩(wěn)定的,但也可以繼續(xù)衰變形成下一個子同位素。子同位素的子同位素稱為第二代子同位素。
單獨一個母原子衰變成一個子原子的時間不定,不但在不同的母子原子對中有所不同,而且在同一種母子衰變反應中也有差異。單個原子的衰變是瞬時發(fā)生的,但是最初一堆原子在經(jīng)過時間t后的衰變則由指數(shù)分布e表示,當中的λ稱為衰變常數(shù)。正因為衰變的指數(shù)特征,因此每一種同位素都有其半衰期。起初一定數(shù)量的相同放射性同位素在經(jīng)過半衰期后,其中的一半會衰變成子同位素。實驗已經(jīng)測定了數(shù)千種放射性同位素(或放射性核素)的半衰期,從幾乎馬上衰變到10年以上不等。
中間的衰變階段往往比最初放射性同位素的衰變具有更強的放射性。當達至平衡之后,第二代子同位素的量與其半衰期成正比。不過由于其活躍性與半衰期成反比,任何在衰變鏈中的核素最終都會達到母同位素的放射水平。例如,自然的放射性并不特別高,但是瀝青鈾礦的放射性卻是它的13倍,因為礦中還包含鐳和其他子同位素。除了鐳明顯較高的放射性之外,衰變鏈中的下一步會產(chǎn)生氡。氡是一種放射性的重惰性氣體,會囤積在含有釷或鈾的巖石附近的空隙里,如地下室和礦井里。長期接觸氡氣是導致非吸煙者患上肺癌的最主要原因。
釷的同位素
釷(標準原子質(zhì)量:232.0377)有6種天然存在的同位素,但沒有任何一種是穩(wěn)定的。其中, Th最為穩(wěn)定,半衰期長達140億年(1.4×10),比地球的年齡和普遍接受的宇宙年齡還要長。天然的釷元素樣本幾乎都是由這個同位素構(gòu)成,因此,釷曾經(jīng)被認為是單核素元素(僅有一種穩(wěn)定同位素的元素)。然而,2013年,發(fā)現(xiàn)深海中Th的含量較高,因此IUPAC將釷歸類為雙核素元素。由于天然釷元素樣本中, Th和 Th存在一定的比例,因此可以給出釷的標準原子質(zhì)量,約為232.0377。
目前已觀測到的釷同位素中,最輕的為釷-209、最重的為釷-238。
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