量子、原子與核物理(入門)

放射性

放射性(radioactivity)是不穩定原子核自發重整、拋出能量與粒子直到變得較穩定的過程。日常畫面:就像一疊搖搖欲墜的積木終究會自己倒下,不穩定的原子核遲早會在沒人推它的情況下「衰變」。它回答的問題是:為什麼像鈾或鐳這類物質會自己發光、發熱,還讓照相底片起霧?

精確地說,當原子核裡質子與中子的平衡不穩定時,就會發生放射性。原子核以三種主要形式之一放出輻射:阿伐衰變(拋出一個氦核)、貝他衰變(一顆中子變成質子、或反之,並放出電子或正子),或伽瑪衰變(以一顆高能光子甩掉多餘能量)。前兩者會把原子核變成不同的元素。這個過程本質上是隨機的:對任一顆原子核,你永遠無法精確預測它何時衰變,只能給出機率;但對數量龐大的原子核,衰變遵循由半衰期決定的精確指數律。

為什麼重要:放射性於 1896 年由貝克勒(Henri Becquerel)發現,並經居禮(Marie 與 Pierre Curie)夫婦深入研究;它揭示了原子並非永恆、原子核蘊藏著巨大能量。它驅動放射性定年、癌症治療、煙霧偵測器與核能,但其輻射也會傷害活細胞,因此必須小心處置。誠實的提醒:放射性是原子核的性質,不是化學性質;加熱、冷卻或讓原子產生化學結合,對它的衰變速率幾乎毫無影響。

一塊鈾會微微自我發熱,因為它的原子核不斷衰變,每放出一顆阿伐粒子就以熱的形式沉積一點能量;正是這種緩慢的核熱,幫助維持地球內部的高溫。

不穩定的原子核會自行衰變,釋放輻射與能量。

你無法預測某一顆特定原子核何時衰變,只能給出機率;一份樣本可靠的指數衰減,純粹來自對數量龐大的原子核取平均。

又称
radioactive decaynuclear decay放射性衰變