[科普中国]-天然放射性元素

发现

自1896年法国物理学家A.H.贝可勒尔发现铀的放射性后，科学家们就利用测量放射性的方法，对所有的元素进行了普查。1898年M.居里和P.居里用自制的电离室和静电计，配合以石英压电发生器等设备，用定量测量放射性的方法，对已知元素或其化合物进行了普查。在研究了各种铀矿和钍矿的放射性之后，发现有些矿物的放射性比纯铀或纯钍还强。他们用硫化物沉淀法从沥青铀矿中分离出一种放射性比铀强400倍、化学性质与铋类似的新元素──钋。接着，居里夫妇等又从沥青铀矿中分离出放射性极强的另一种新元素──镭。1899年法国科学家 A.-L.德比埃尔内使用氨水和稀土元素形成沉淀的方法，从铀矿渣中载带分离出第三个放射性元素──锕。

介绍存在天然产物中能自发放射出α、γ、β射线，由同一原子序数的原子组成的物质。它们是钋、氡、钫、镭、锕、钍、镤和铀等。

铀、钍是重要的核燃料，Ra和Ac可用作放射源和放射性标准源。铀、钍的长寿命同位素U、U和Th是三个天然放射性衰变系的“始祖”核素。钋、氡、钫、镭、锕、钍、镤和铀的一些同位素是这三个放射性衰变系的成员。

铀、钍常与稀土元素或其他金属形成共生矿(例如独居石等)，铀还存在于煤、磷等矿床中。因此，在冶金、化工等工业生产中，天然放射性元素是产生辐射危害的主要来源。在安全防护和环境保护工作中，要考虑它们的影响。当矿石中的铀、钍含量较高时，应综合予以回收。1

类别（1）铀系： 又称铀-镭系，它从U开始，中间经过8次α衰变、6次β衰变，最后生成稳定的Pb；

（2）锕系：又称锕-铀系，它从U开始，中间经过7次α衰变、4次β衰变，最后生成稳定的Pb；

（3）钍系： 以Th为开始，中间经过6次α衰变、4次β衰变，最后生成稳定核素Pb。

（4）宇宙射线与大气元素或其他物质作用的产物主要有H、Be、Be、C、Al、Si，还有P、P、S、Cl、Cl和Ar。

（5）单独存在于海洋中并且有稳定同位素的长寿命核素，包括K、Rb、In、La、Nd、Sm、Gd、Lu、Ht、Re、Pt、Pt、Sn、W、Ce等。它们的半衰期大体在10—10年之间。

应用工业领域天然放射性元素的应用范围从早期的医学和钟表工业扩大到核动力工业和航天工业等多种领域。主要用途有：

① 核燃料，除铀235外,铀238在反应堆中经中子辐照生成的钚239、钍232在反应堆中转化成的铀233,都可用作核燃料。

② 中子源，钋210－铍中子源、 镭226－铍中子源和钚239－铍中子源都有重要用途。

③ 辐照治疗癌症,镭或氡封于管中制成镭管或氡管可用于治疗癌症。

此外，钍可制成特殊焊条、超真空系统的吸气剂、结构金属中的添加剂；氧化钍可用作某些有机化学反应的催化剂和高温陶瓷材料，与钨混合可制成灯丝。

海洋领域天然放射性同位素在海洋研究中的重要用途，概括起来大体有三个方面：

①测定海水的年龄，推测海水的循环模型；

②研究大尺度的海洋混合模型；

③海洋沉积物的年代测定。14C广泛地应用在前两项中，它是根据海水中的C浓度与研究水体的年龄，以及该水体与不同C含量的各种水团的混合程度有关这一现象进行的。2