放射性同位素及其衰变

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1、同位素地质学与年代学地球科学与资源学院矿床与勘探教研室张静zhangjing@cugb.edu.cn课程要求考勤考试-自由选题书面报告(report)50％口头报告(presentation)50％课程内容安排1同位素地球化学概述2放射性同位素衰变及地质年龄测定原理和技术3铷-锶法定年和锶同位素地球化学4钐-钕法定年和钕同位素地球化学5钾-氩法定年和稀有气体同位素地球化学6铀-钍-铅法定年和铀钍同位素地球化学7Re-Os,14C等其它同位素衰变计时法课程内容安排9稳定同位素地球化学理论基础10轻稳定同位素性质概述11岩浆岩和变质岩中的稳定同位素12热液成矿

2、作用中的稳定同位素13矿床同位素地球化学14讨论，报告放射性衰变及地质年龄测定原理和技术第二讲1.衰变方式2.放射性3.放射性衰变定律4.同位素地质年龄测定的原理与分类5.同位素地质年龄测定实验技术6.同位素地质年龄样品送样要求α衰变β－衰变γ衰变K层电子捕获核裂变1.1α衰变定义：不稳定的重原子核自发地放射出α粒子而转变成另一种核的过程。Q为衰变能对于天然放射性同位素而言，只有质量数A大于140的重原子核才能产生α衰变，特别是原子序数Z≥83和质量数A≥209的放射性同位素，都以α衰变为主。α衰变的半衰期与所放射的α粒子的能量密切有关，放射的α粒子能量越大

3、，半衰期越短。1.2β衰变β衰变：原子核放出β粒子的衰变。β粒子有正、负电子之分，放出正电子的称β+衰变，放出负电子的为β－衰变。β－衰变：由原子核内的一个中子转变成一个质子，同时发射出一个β负电子。表达式：自然界中Z≤82的大多数天然放射性同位素均能β－衰变。母体同位素和子体同位素的质量数不变，形成了质量数相同而原子序数不同的同质异位素。β－射线由各种不同能量的β－粒子组成，性质和阴极射线相似，放射能量较小，测定它的半衰期比较困难，特别是对于半衰期很长的放射性同位素更难。1.3γ衰变γ射线是从原子核内部放出的一种电磁辐射，常伴随α或β射线产生。γ衰变的母体和

4、子体是同种同位素，只是原子核内部能量状态不同而已。γ衰变亦可称为同质异能跃迁。1.4K层电子捕获原子核从距离其最近的核外K层电子轨道上捕获一轨道电子，与质子结合，构成中子同时释放出中微子，这一过程称K层轨道电子捕获。当放射性同位素发生K层电子捕获衰变，原子序数减1，质量数不变，也形成同质异位素。1.5核裂变原子核裂变：重核分裂成两个或几个中等质量的碎片，同时发射出中子和能量的过程。自发裂变：是在没有外来粒子轰击的情形下自行发生的核裂变，它同样可用半衰期来衡量裂变发生的难易程度。自然界的自发裂变仅见于铀和钍的同位素。比较α衰变，铀和钍自发裂变的分支很小,几乎可忽

5、略.诱发裂变：原子核在外来粒子轰击下发生的裂变。用各种粒子(中子/质子/γ射线等)轰击铀和钍的同位素都可导致诱发裂变。1.衰变方式2.放射性的有关概念3.放射性衰变定律4.同位素地质年龄测定的原理与分类5.同位素地质年龄测定实验技术6.同位素地质年龄样品送样要求放射性：一些元素的原子核能够自发的发射出射线或粒子，而转变成另一种元素的原子核，并同时伴随释放出一定的能量的特性。放射性同位素：能自发的从原子核中发射出射线或粒子，同时释放一定的能量的同位素。放射性衰变：放射性同位素射出各种射线而发生核转变的过程。2.1基本概念母体(同位素)：衰变前(发生放射性衰变)的

6、放射性同位素。如：238U、235U、232Th、40K、87Rb、147Sm、187Re、138La、176Lu等。子体(同位素)：衰变过程中产生的新同位素，也叫称为放射成因同位素。如：206Pb、207Pb、208Pb、40Ar、87Sr、143Nd、187Os、138Ce、176Hf等。子体、母体是相对的一般来说，岩石或者矿物形成后，由其中母体同位素衰变产生的子体同位素称作放射成因子体，如放射成因Sr，放射成因Nd。单衰变：放射性母体经过一次衰变就转变成一种稳定子体的过程。如：连续衰变：放射性母体（尤其是一些重同位素）可经历若干次衰变，每次衰变所形成的中

7、间子体都是不稳定的，本身又会发生衰变，一直持续到产生稳定的最终子体为止的过程。衰变系列：由一个放射性母体、若干个放射性中间子体和一个最终稳定子体所组成的衰变链。8次a衰变6次β－衰变衰变系列分支衰变：少数放射性同位素可以有两种或多种衰变方式，形成不同的子体。半衰期：在放射性衰变过程中，放射性母体同位素的原子数衰减到原有数目的一半所需要的时间。记作T1/2。平均寿命:放射性母体同位素在衰变前所存在的平均时间。记作τ。半衰期是放射性同位素衰变的一个主要特征常数，它不随外界条件、元素状态或质量变化而变。半衰期的长短差别很大，千万分之一秒～数百亿年。半衰期愈短的同位素

8、，放射性愈强。元素周期表还有数目众多的