放射性系列有哪些？有什么共同特点？
实验室k / 2019-08-09
精确测定铀矿石的元素组成，常能同时发现镤、镭、釙、铋和铅等元素的同位素。它们是由某一起始核素开始，相继衰变而成的中间产物或最终产物。某核素衰变成一个新的核素，通常把原来的那个核素称为母体核素，衰变而成的那个新核素称为衰变子体。所有中间衰变产物都不稳定，是放射性核素。它们相继衰变，直到变成非放射性的稳定核素(铅的同位素)为止，由此构成了放射性系列。
自然界存在着三个放射性系列，分别以相应的起始核素来命名，即铀(238U)系、钍(232Th)系及锕铀(235U)系，图1-1为这三个系列的衰变图。
除以上三个放射性系列外，在自然界还存在一些不成系列的放射性核素，它们经一次衰变后即成为稳定核素。如87Rb经一次β衰变，变成非放射性的稳定核素87Sr后，就不再衰变了。
由图1-1可以看出，各系列中核素的相继衰变是有规律的：子体核素或者较衰变前的核素质量数减少4、原子序数减少2(α衰变的情况)，或者质量数不变，而原子序数增加1(β衰变的情况)。并且，各系列中，各核素的质量数可用下列通式表达：
铀系为4n+2，n在59至51间变化；
锕系为4n+3，n在58至51间变化；
钍系为4n，n在58至52间变化。
所以存在上述规律，是因为放射性核素发生α衰变时，由核内放出了质量数为4的α粒子。它带两个正电单位，所以新产生的核素较衰变前质量数减少4，原子序数减少2，即在元素周期表中的位置向左移两位。而当放射性核素发生β衰变时，则放出一个电子，核内的一个中子变成一个质子，增加一个单位的正电荷，所以子体核素的原子序数增加1，而质量数不变，其在元素周期表中的位置，较衰变前向右移一位。
比较三个天然放射性系列，可以发现以下共同特点：
(1)起始母体核素是长寿命的，238U的半衰期为4.5×10(9次方)年，235U为7.1×10(8次方)年，232Th为1.4×10(10次方)年。因此，三个放射性系列都在自然界存在。
(2)每个系列中都有一个惰性气体核素。它们的原子序数为86，是氡的放射性同位素，通常称为射气。铀系的射气是222Rn(Rn)，半衰期为3.825天；钍系的射气是220Rn(Tn)，半衰期为55.6秒；锕系的射气是219Rn(An)，半衰期为3.96秒。
(3)三个系列中，气体核素的衰变产物除铀系的210Pb(RaD)、210Bi(RaE)和210Po(RaF)为寿命较长的沉淀物外，其余均为短寿命沉淀物。
(4)各系列衰变的最后产物都是稳定的不具放射性的铅的同位素，铀系为206Pb、钍系为208Pb、锕铀系为207Pb。
(5)三个系列的射气衰变产物A核素(218Po、216Po、215Po)为釙的同位素，几乎全部放出α射线而变成B核素(214Pb、212Pb、211Pb)。B核素为铅的同位素，经过β衰变而成为C核素。C核素有双重衰变：经β衰变成为C'核素；经α衰变成为C''核素。伴随着C核素的衰变放出强γ射线，所以C核素是铀系中的主要γ辐射体。钍系的主要γ辐射体是C''核素(208Tl)及228Ac。
(6)自然界铀的三个同位素丰度之比为：238U：234U：235U＝1：5.4×10(-5次方)：7.2×10(-3次方)。在天然混合物中，锕铀(235U)系的γ射线只占总γ能量的五十分之一。
还存在有质量数通式为4n+1的放射性系列，其起始母体核素为镎(237Np)，称为镎系，镎的原子序数为93，是一个超铀元素。因其半衰期短，镎在自然界不存在，靠人工的方法制得，故镎系又称人工放射性系列。
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