放射性元素的衰变原理(放射性元素发生衰变是什么变化)

导语：放射性元素会发生衰变，它为什么要衰变？内部矛盾太大了

在元素周期表中，43号元素、61号元素以及83号以后的所有元素都是放射性元素，而这些元素都会发生衰变，简言之就是从一种元素变成另外一种元素，那么它为什么要变呢？

目前人类已知的元素一共有118种，其中既有放射性元素，也有非放射性元素，而一种元素是否具有放射性，完全取决于其内部结构。任何一种元素都是由原子核与核外电子所组成的，电子是费米子，也就是基本粒子，不可再分，而在原子核之内还存在着质子与中子。不同的元素原子核内部的质子和中子数量是不同的，原子核内有多少质子就决定了它是何种元素，比如拥有一个质子的就是氢原子，而拥有两个质子的就是氦原子。

质子的数量决定着元素的种类，而中子的数量决定着它是何种同位素。

比如氢有三个同位素，分比为氕、氘、氚，氕只有1个质子，而没有中子，氘拥有1个质子和1个中子，而氚则拥有1个质子和2个中子。在氢的三种同位素之中，只有氚是具有放射性的，而且放射性还比较强，因为一种放射性元素的半衰期越短，单位时间内产生的放射性就越多，而氚的半衰期仅为12.4年。现在我们基本能够隐约感觉到了，元素的放射性与质子和中子的数量似乎存在着关系。是的，的确是这样。现在让我们来思考一个问题，是什么让质子和中子结合在一起形成原子核的呢？是强力。

我们的世界存在着四种基本力，即强力、弱力、电磁力和引力，其中强力最强，而引力最弱。

强力有多强呢？质子和中子虽小，但它们并不是基本粒子，它们虽然不是基本粒子，但我们却没有能力进一步将其拆分，为什么呢？因为质子是由三个夸克所组成的，而使三个夸克结合在一起的就是强力，这种依靠强力结合在一起的组合，即使是使用高能粒子对撞机都无法将其撞开，其力量是显而易见了。夸克因强力而结合成质子，同样的，使质子和中子结合在一起的也是强力，所以想要将它们分开也并不容易。但是，原子核之中不仅有强力，还有着另外的一种力。

原子核之中的另外一种力就是电磁力。

电磁力在原子核之中是以“排斥力”的身份存在的，因为质子都带有正电，原子核内有那么多质子，相互之间自然是要产生排斥的。不过，对于大多数的原子而言，原子核内部的这种排斥力并不会影响到原子核的稳定性，因为电磁力与强力相比，要弱小很多。然而电磁力虽弱，但它是一种长程力，强力虽强，却是一种短程力，强力的作用距离只有10的-15次方米。这意味着什么呢？这意味着，在原子核内部，因为作用距离长，所以电磁力是可以叠加的，而作用距离很短的强力只能各自为政。

原子核内的强力不会发生变化，而与其相对的电磁力却会因质子数量的增加而增大，所以当原子核内质子数量达到足够多时，电磁力便可以与强力相抗衡了。

当原子核内的电磁力大到足以抗衡强力时，原子核内部的矛盾就达到了难以调和的程度，此时原子核就会变得极不稳定。不稳定肯定是不行的，那怎么才能恢复稳定呢？很简单，把闹事的请出去，也就是扔出去几个质子和中子。这就是衰变。为了维护稳定性而将质子和中子扔出去，这很好理解，可是为什么一种放射性元素衰变时扔出去的质子和中子数量总是相等的呢？是什么决定了到底该扔出去多少个质子和中子呢？

在想象中，原子核内的质子和中子应该是均匀分布的，但实际上不是。

原子核内的质子和中子是以结团的形式存在的，而最容易形成的结团就是α结团，也就是两个质子和两个中子，所以当一种元素向外扔出去一个α结团，就是发生了一次α衰变，减少了两个质子和两个中子，比如铀238在发生α衰变后就会成为钍234。而氢的同位素氚，衰变时会将一个中子转化为质子，所以1个质子2个中子的氚会衰变为2个质子1个中子的氦3，这被称为β衰变。需要注意的是，衰变是一种随机事件，任何一种放射性元素都可能在下一秒就发生衰变，也可能在10亿年以后才衰变，至于半衰期，其所描述的只是一种概率。就好比有一种元素的半衰期为10年，那么当我们有很多这种元素的时候，就会观察到10年后大概有一半的元素发生了衰变，但就单一一个元素而言，它100年不发生衰变也是正常的。

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