放射现象与放射衰变
进阶不稳定原子核自发放出 α、β、γ 三种射线，穿透力递增而电离本领递减；衰变是随机过程，每个半衰期核数目减半；背景辐射主要来自天然来源，防护靠时间、距离与屏蔽。
- 不稳定核素自发放出射线并转变成其他核素，过程不受温度、压强与化学状态影响
- α 是氦核、β 是高速电子、γ 是电磁波；穿透力 α < β < γ，电离本领正好相反
- 磁场中 α 与 β 向相反方向偏转、γ 不偏转；云室径迹 α 粗直、β 细弯，可据此鉴别射线
文体小知识：科学知识说明文——比较三种放射的性质，讲解随机衰变与半衰期计算，并认识背景辐射与防护方法。
§课文原文 Passage
11896 年法国科学家贝克勒尔发现铀盐能不断放出看不见的射线，使包在黑纸内的底片感光；居礼夫妇其后发现钋与镭，把这种现象命名为放射现象。不稳定的原子核会自发放出射线并转变成其他核素，过程与温度、压强、化学状态完全无关，无法用任何物理或化学手段催促或阻止，因为它发生在原子核深处，是核素自身不稳定的结果。
2放射主要有三种。α 射线是氦原子核，由两个质子与两个中子组成，带正电，质量最大；β 射线是高速电子，带负电，质量极小；γ 射线是波长极短的电磁波，不带电，以光速传播。三者的穿透本领与电离本领恰成反比：α 穿透力最弱，一张纸已可阻挡，电离本领却最强；γ 穿透力最强，要用厚铅板或混凝土阻挡，电离本领最弱。
3把放射源放进磁场，三种射线立即现形：α 带正电、β 带负电，偏转方向相反；γ 不带电，直线穿过不偏转。在云室中，α 粒子径迹粗而直，β 粒子径迹细而多弯，γ 几乎不留痕迹。这些特征让我们不接触样本也能鉴别射线种类，历年选择题与实验题都热衷于此，务必把三种射线的性质列成对照表牢记。
4单一原子核何时衰变完全无法预测，放射衰变是彻底的随机过程；但对大量原子而言，规律便浮现出来：每经过一段固定的时间，未衰变的核数目便减半，这段时间称为半衰期。样本的活动率，即每秒衰变次数，单位贝克，也按同样规律递减。半衰期可以从衰变曲线读出，也可以逐半衰期递减计算，是本课题最重要的计算技能。
5放射线无处不在：宇宙射线、岩石土壤（香港的花岗岩便释出氡气）、食物甚至人体本身都有微量放射性，合称背景辐射；医疗 X 射线检查则是人工来源的大宗。探测仪器有照相底片与盖革－米勒计数器，辐射剂量以希沃特量度。防护有三招：缩短接触时间、拉远距离、加屏蔽，放射源存放在铅盒内正是这个道理，处理放射源永远用长柄工具夹取。
1重点摘要 Summary
不稳定原子核自发放出 α、β、γ 三种射线，穿透力递增而电离本领递减；衰变是随机过程，每个半衰期核数目减半；背景辐射主要来自天然来源，防护靠时间、距离与屏蔽。
2生字卡 Vocabulary
不稳定原子核自发放出射线并转变成其他核素的现象，不受温度压强与化学状态影响。
氦原子核（两质子两中子）组成的射线，带正电；穿透最弱、电离最强。
高速电子组成的射线，带负电；穿透力与电离本领均属中等。
波长极短的电磁波，不带电；穿透最强，需厚铅或混凝土阻挡，电离最弱。
射线使物质原子电离的能力；α 最强、β 次之、γ 最弱，与穿透力成反比。
不稳定核素自发放出射线转变为其他核素的过程；单一原子何时衰变无法预测。
放射性核素数目（或活动率）减半所需的时间；每过一个半衰期，剩余量乘二分之一。
样本每秒衰变的次数，单位贝克（Bq）；活动率随半衰期同样减半递减。
环境中无处不在的天然与人工辐射，主要来源包括宇宙射线、岩石土壤、食物与医疗检查。
以计数率探测放射的仪器，常用于量度样本活动率与背景辐射水平。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：放射现象的来源与本质不稳定的原子核自发放出射线并转变成别的核素，这就是放射现象。它是核过程：与温度、压强、化学状态完全无关，加热、加压、燃烧都改变不了衰变快慢。举个例子：地层深处的铀矿与实验室里冷藏的同一种核素，半衰期完全相同。历史上贝克勒尔靠底片感光偶然发现此现象，居礼夫妇再发现钋与镭；放射现象的发现打开了原子核世界的大门，也拉开了核能时代的序幕。
- 第二步：α 射线——重而强的电离能手α 射线本质是氦原子核，含两个质子与两个中子，带正电，质量在三种射线中最大，速率较慢。正因为质量大、电荷多，它与物质原子碰撞频繁，电离本领最强，但能量消耗也最快，穿透本领最弱：一张纸或几厘米空气已能挡住。举个例子：烟雾探测器内置微弱 α 源，正常时 α 射线令空气微弱导电，烟雾进入阻挡 α 射线，电流改变便触发警报。答题时写「α 为氦核、穿透最弱、电离最强」三个要点便可得分。
- 第三步：β 与 γ——穿透力节节攀升β 射线是高速电子，带负电，质量极小；穿透力中等，可穿过数毫米铝片，电离本领中等。γ 射线是波长极短的电磁波，不带电，以光速传播；穿透力最强，需要数厘米厚铅板或厚混凝土才大幅衰减，电离本领最弱。举个例子：工厂用 β 源测量滚动纸张的厚度，纸变厚吸收多、计数率下降，自动调节滚轮；医院的钴-60 放射治疗机则用 γ 射线深穿人体杀灭癌细胞。三种射线的性质对照表是本课必背内容。
- 第四步：磁场与云室——给射线验明正身带电粒子在磁场中受力偏转：α 带正电、β 带负电，同一磁场中偏转方向相反；β 质量小得多，偏转也更明显；γ 不带电，直线穿过。云室中射线沿途令气体电离，过饱和蒸气便沿径迹凝结成白线：α 径迹粗而直（电离强、易挡），β 径迹细而弯，γ 几乎无痕。举个例子：考题给一幅磁场中三条径迹的图，中间直线是 γ，向两边分开的两条分别是 α 与 β，按电荷与质量判断偏转幅度即可作答。
- 第五步：随机衰变与半衰期单一原子核何时衰变无法预测，这是彻底的随机过程；但大量原子的统计规律非常稳定：每经过一个半衰期，未衰变核数目减半，活动率同样减半。半衰期是核素的身份特征，短至几秒长至亿万年。举个例子：碳-14 半衰期约 5730 年，生物死亡后停止与外界交换碳，遗骸中碳-14 比例逐年下降，考古学家据此推算文物年代，这就是碳定年法。计算题的标准做法：先算半衰期个数 n = 总时间 ÷ 半衰期，剩余比例 = (12)ⁿ，逐步减半最稳妥。
- 第六步：探测方法与活动率探测放射的常用仪器有两种：照相底片靠射线感光记录累积剂量，放射工作人员佩戴的剂量章就是这个原理；盖革－米勒计数器则把射线转为电脉冲，读出计数率，以每秒计数表示。举个例子：把 GM 计数器对准样本读得每秒 500 计数，移开样本后仍有每秒 20 计数，这 20 便是背景辐射，计算样本活动率前要先扣除背景。云室、火花计数器等装置也偶尔在实验题出现，重点在于理解各仪器量度的是什么。
- 第七步：背景辐射与安全防护环境中的背景辐射主要来自天然来源：宇宙射线、岩石土壤中的放射性物质（香港花岗岩地区氡气浓度较高）、食物与空气，甚至人体内的钾-40；人工来源以医疗 X 射线与核医学为大宗，核试与核事故只占极小部分。辐射剂量以希沃特为单位，过量照射损害细胞。防护三原则：缩短接触时间、拉远距离、加屏蔽。举个例子：医院放射科操作员在铅墙后工作，源以铅盒封存、用长柄钳夹取，全部是三原则的应用。长题目常要求列举背景辐射来源与防护方法，宜分点作答。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
例题：某放射样本的半衰期为 8 天，初时活动率为 800 Bq（每秒 800 次衰变）。求 24 天后的活动率，并写出计算所用的半衰期个数。
- 求半衰期个数：n = 24 ÷ 8 = 3 个半衰期
- 逐个半衰期把活动率减半：800 → 400 → 200 → 100 Bq
- 写成公式：活动率 = 800 × (12)³ = 800 ÷ 8 = 100 Bq
- 检查：3 个半衰期后剩余比例为 18，即原活动率的 12.5%
- 答案：24 天 = 3 个半衰期，活动率 = 800 × (12)³ = 100 Bq。衰变是随机过程，半衰期是大量原子的统计规律；计算时先数半衰期个数，再逐次减半，并写明单位 Bq。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1α、β、γ 三种射线的本质分别是什么？
Q2哪种射线穿透力最强？需要什么材料阻挡？
Q3计算：半衰期 5 小时的样本，经过 15 小时后剩余多少比例？
Q4计算：某样本初时活动率 640 Bq，半衰期 2 天，6 天后活动率是多少？
Q5为什么说放射衰变是随机的？这与半衰期有矛盾吗？
8重点回顾 Recap
- 不稳定核素自发放出射线并转变成其他核素，过程不受温度、压强与化学状态影响
- α 是氦核、β 是高速电子、γ 是电磁波；穿透力 α < β < γ，电离本领正好相反
- 磁场中 α 与 β 向相反方向偏转、γ 不偏转；云室径迹 α 粗直、β 细弯，可据此鉴别射线
- 半衰期是核数目与活动率减半所需时间；计算先数半衰期个数 n，剩余比例 = (12)ⁿ
- 背景辐射主要来自宇宙射线、岩石土壤与食物；防护三原则：缩短时间、拉远距离、加屏蔽