核衰變（Nuclear Decay）

核衰變（Nuclear Decay）
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

提供核能的主要形式有三種，核衰變、核分裂以及核融合。

核衰變是原子核因放射出某種粒子，而蛻變為另一種原子核的過程。穩定性原子核中，中子與質子總數有一定限度（一般而言小於 $$209$$），而且中子數和質子數應保持一定的比例（一般而言約 $$1$$～$$1.5$$）。任何含有過大質量數，或中子數與質子數比值不適當的原子核，都是不穩定的。質量數大於 $$209$$ 的原子核，即元素週期表中釙（$$\bf Po$$）之後的所有元素的原子核，都具有放射性（釙之前的元素，有的原子核也具有放射性）。

放射性衰變的類型有 $$\alpha$$ 衰變、$$\beta$$ 衰變和 $$\gamma$$ 衰變三種，分別放出 $$\alpha$$ 射線、$$\beta$$ 射線和 $$\gamma$$ 射線。這些原子核或是自發地放射出 $$\alpha$$ 粒子，而轉變成質量數較小的新核；或是因原子核的中子數與質子數比值不適當，其核內的中子與質子會自發地相互轉變，從而改變比值，並同時放出一個 $$\beta$$ 粒子。原子核衰變後產生的新核幾乎都是處在激發態，這樣的原子核會放射出 $$\gamma$$ 粒子而轉變到基態或較低能階，直到變成一個穩定的原子核為止。

不論是發生了上述的哪一種核衰變，其衰變過程都遵從電荷數守恆、質量數守恆和能量守恆。

$$\alpha$$ 衰變是放射性原子核放射出 $$\alpha$$ 粒子（即氦原子核）後變成另一種原子核。衰變後原子核的電荷數比衰變前原子核減少 $$2$$，質量數比衰變前減少 $$4$$。$$\alpha$$ 粒子的特點是電離能力強，射程短，穿透能力較弱，用一般紙張即可阻擋，在雲霧室中留下粗而短的軌跡。

$$\beta$$ 衰變是放射出 $$\beta$$ 粒子（即電子）的衰變。一般而言，中子相對豐富的放射性原子核常發生 $$\beta$$ 衰變。這可看作是原子核中的一個中子轉變成一個質子的過程。$$\beta$$ 粒子的特點是電離作用較弱，穿透能力較強，需用金屬片才可阻擋，在雲霧室中的軌跡細而長。

$$\gamma$$ 衰變是處於激發態的原子核，透過放射出 $$\gamma$$ 射線而躍遷到基態或較低能階的現象。$$\gamma$$ 射線的穿透力很強，雲霧室中不留痕跡。$$\gamma$$ 射線在醫學、核子物理技術等應用領域佔有重要地位。

核衰變的速度不受溫度、壓力、電磁場等外界條件的影響，也不受元素所處狀態的影響，只和時間有關。核衰變的快慢，通常用半衰期（half-life）來表示。半衰期即一定數量放射性同位素原子數目減少到其初始值一半時所需要的時間。半衰期是放射性元素的一項特徵，不同的放射性同位素有不同的半衰期。

單位時間內發生衰變的原子數目叫做放射性強度（radioactivity），放射性強度的常用單位是居里（$$\bf Ci$$），表示在 $$1$$ 秒鐘內發生 $$3.7\times 10^{10}$$ 次核衰變。在國際單位制（SI）中，放射性強度的單位是採用貝克（$$\bf Bq$$）表示，為 $$1$$ 秒鐘內發生一次核衰變。

參考資料：
1.維基百科–放射性  http://zh.wikipedia.org/zh-tw/放射性
2.林伊特（Paul G. Hewitt）（2001），陳可崗譯，觀念物理Ⅴ，台北，天下遠見出版股份有限公司。