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放射性元素

没有稳定同位素的元素，即该类元素的所有同位素都具有放射性 来自维基百科，自由的百科全书

放射性元素（英语：radioactive element）是指原子核不稳定、具有放射性的化学元素。放射性元素的原子核会放射出电离辐射（电子、α粒子等亚原子粒子和X射线、γ射线等高能光子），衰变成其他元素。[1]

注意：本页有Unihan新版汉字：“鿫、鿬”，这些字符可能会错误显示，详见Unicode扩展汉字。

每一种元素都有着多种同位素，其中大多具有放射性，会衰变成其他同位素，称为放射性同位素；反之，原子核足够稳定，不会发生放射性衰变的同位素，则称为稳定同位素。而放射性元素是指没有稳定同位素的元素，其所有同位素都具有放射性。元素周期表中，43号锝和61号钷以及所有原子序数为83（铋）以上的元素都属于放射性元素，而其余原子序小于83的元素都具有至少1种稳定的同位素。[2]

每种放射性核素的核稳定性各不相同，发生衰变的半衰期也有长有短。通常质子或中子数为偶数的核素具有较高的稳定性[3]，因此原子序（即质子数）为偶数的放射性元素，其最长寿同位素的半衰期大多比相邻的奇数者来得长。例如90号元素钍和92号元素铀的最长寿同位素钍232和铀238分别具有140.5亿年和44.68亿年的长半衰期；而与之相邻的89号锕和91号镤，其最长寿同位素的半衰期则分别只有21.8年和32500年。原子序小于83的元素中唯二没有稳定同位素的锝和钷，其原子序也都是奇数。

放射性元素列表

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根据每个元素最稳定同位素的核稳定性上色的元素周期表。
  具有至少一种稳定同位素的元素
  最稳定同位素之半衰期超过100万年的放射性元素
  最稳定同位素之半衰期介于800~34000年之间的放射性元素
  最稳定同位素之半衰期介于1天~130年之间的强放射性元素
  最稳定同位素之半衰期介于几分钟到1天内的强放射性元素
  最稳定同位素之半衰期不到几分钟的强放射性元素。由于它们放射性极强且极度不稳定，目前对这些元素的性质所知甚少


以下表格列出所有已发现的放射性元素，表格中还有以下的项目：

  • 原子序、名称及元素符号都是用来区分各化学元素的基本讯息。
  • 周期、族及分区表示该元素在周期表中的位置。
  • 类别将元素依性质和在周期表中的位置做一简单的分类。
  • 标准原子量中根据该元素在自然界中各同位素的丰度比例，列出其平均原子量。自然界中丰度极低或不存在的元素则以其最长寿同位素之质量数表示。
  • 最长寿同位素中列出该元素最长寿的同位素之质量数。
  • 半衰期中列出该元素最长寿的同位素之半衰期。
  • 存在情形依元素的来源分为三种：自然界中大量存在的原始（英语：Primordial nuclide）元素、放射性原始元素的衰变产物（自然界中仅痕量存在）、自然界中不存在的人工合成元素。
  • 丰度中列出该元素在地壳中的丰度（单位为mg/kg），地壳中不存在的元素则以-表示。
更多信息 原子序, 名称 ...
放射性元素列表
原子序 名称 符号 周期 族 分区 类别 标准原子量 最长寿同位素 半衰期 存在情形 丰度[4]
43 锝 Tc 5 7 d 过渡金属 [97] 97 421万年 衰变产物 ~ 3×10−9
61 钷 Pm 6 3 f 镧系元素 [145] 145 17.7年 衰变产物 2×10−19
83 铋 Bi 15 p 贫金属 208.98 209 2.01×1019年 原始（英语：Primordial nuclide） 0.009
84 钋 Po 16 贫金属 [209] 209 152.2年 衰变产物 2×10−10
85 砹 At 17 卤素 [210] 210 8.1小时 衰变产物 3×10−20
86 氡 Rn 18 稀有气体 [222] 222 3.82天 衰变产物 4×10−13
87 钫 Fr 7 1 s 碱金属 [223] 223 22分钟 衰变产物 ~ 1×10−18
88 镭 Ra 2 碱土金属 [226] 226 1600年 衰变产物 9×10−7
89 锕 Ac 3 f 锕系元素 [227] 227 21.77年 衰变产物 5.5×10−10
90 钍 Th 3 锕系元素 232.04 232 140.5亿年 原始 9.6
91 镤 Pa 3 锕系元素 231.04 231 32760年 衰变产物 1.4×10−6
92 铀 U 3 锕系元素 238.03 238 44.7亿年 原始 2.7
93 镎 Np 3 锕系元素 [237] 237 214万年 衰变产物 ≤ 3×10−12
94 钚 Pu 3 锕系元素 [244] 244 8080万年 衰变产物 ≤ 3×10−11
95 镅 Am 3 锕系元素 [243] 243 7370年 人工合成 -
96 锔 Cm 3 锕系元素 [247] 247 1560万年 人工合成 -
97 锫 Bk 3 锕系元素 [247] 247 1380年 人工合成 -
98 锎 Cf 3 锕系元素 [251] 251 898年 人工合成 -
99 锿 Es 3 锕系元素 [252] 252 1.29年 人工合成 -
100 镄 Fm 3 锕系元素 [257] 257 100.5天 人工合成 -
101 钔 Md 3 锕系元素 [258] 258 51.5天 人工合成 -
102 锘 No 3 锕系元素 [259] 259 58分钟 人工合成 -
103 铹 Lr 3 d 锕系元素 [266] 266 11小时 人工合成 -
104 𬬻 Rf 4 过渡金属 [267] 267 1.3小时 人工合成 -
105 𬭊 Db 5 过渡金属 [268] 268 16小时 人工合成 -
106 𬭳 Sg 6 过渡金属 [269] 269 14分钟 人工合成 -
107 𬭛 Bh 7 过渡金属 [270] 270 1分钟 人工合成 -
108 𬭶 Hs 8 过渡金属 [269] 269 16秒 人工合成 -
109 鿏 Mt 9 过渡金属 [278] 278 4.5秒 人工合成 -
110 𫟼 Ds 10 过渡金属 [281] 281 12.7秒 人工合成 -
111 𬬭 Rg 11 过渡金属 [282] 282 1.67分钟 人工合成 -
112 鿔 Cn 12 过渡金属 [285] 285 28秒 人工合成 -
113 鿭 Nh 13 p 未知 [286] 286 9.5秒 人工合成 -
114 𫓧 Fl 14 贫金属 [289] 289 1.9秒 人工合成 -
115 镆 Mc 15 未知 [290] 290 650毫秒 人工合成 -
116 𫟷 Lv 16 未知 [293] 293 57毫秒 人工合成 -
117 鿬 Ts 17 未知 [294] 294 51毫秒 人工合成 -
118 鿫 Og 18 未知 [294] 294 0.69毫秒 人工合成 -
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发现史

放射性元素的发现实际上早于放射性的发现。1789年德国化学家马丁·克拉普罗特在沥青铀矿中发现了铀[5]，1828年瑞典化学家永斯·贝采利乌斯在钍石（英语：Thorite）中发现了钍。[6]但当时“放射性”这一性质并不为人们所知，因此铀和钍在发现后的很长一段时间内都只被看作是一般的重金属元素。

1895年德国物理学家威廉·伦琴发现X射线后，激起许多学者开始研究这类新的、具有巨大穿透能力的辐射现象，放射性才被发现。

1896年法国物理学家亨利·贝克勒尔在研究磷光材料时发现铀盐会发射穿透性质的辐射，能够使被黑色纸张包覆的底片感光，且该感光现象和磷光无关．因为使用非磷光材料的铀盐甚至铀金属，也会有一样的效果。[7][8]1898年，德国化学家格哈德·施密特（英语：Gerhard Carl Schmidt）发现钍元素也具有这种辐射性质。[9][10][11]

1898年法国科学家居里夫妇从沥青铀矿样本中发现钋和镭后，创造了“放射性”（radioactivity）[12]一词来定义这种重元素发射高能电离辐射的性质[13]（后来该词的定义被扩展到所有元素）。在之后的几年间科学家们陆续发现了多种放射性元素。

1899年法国科学家德比埃尔内从铀矿渣中分离出放射性元素锕。[14][15]

1900年，德国物理学家弗里德里希·道恩发现，含镭化合物会散发一种放射性气体。[16][17][18][19]由于该气体的光谱与氩、氪和氙相似，且该气体呈化学惰性，因此威廉·拉姆齐于1904年猜测，该气体可能是属于稀有气体一族的新元素。[20]该元素后来被命名为氡。

1917年，两组科学家奥托·哈恩和莉泽·迈特纳，以及德国和英国的弗雷德里克·索迪和约翰·克兰斯登分别从沥青铀矿中分离出镤。[21][22][23]

1937年，意大利物理学家卡罗·佩里尔（英语：Carlo Perrier）和埃米利奥·塞戈瑞从曾被用作回旋加速器偏向板的钼箔中分离出了第43号元素锝。[24]它是第一个用人工合成的方法制得的放射性元素，因此命名为technetium（来自希腊文τεχνητός，意为“人造”）。[25]但1962年科学家发现自然界中也有痕量锝的存在。[26]

1939年法国物理学家玛格丽特·佩里在纯化锕-227时在其衰变产物中发现了钫。[27]钫是最后一种从自然界中发现而不是在实验室中人工合成出的元素。尽管有些元素最初是借由人工合成的方式发现，但之后才发现它们也存在于自然界中，例如钚、砹、镎、锝和钷。

1940年，戴尔·科尔森、肯尼斯·罗斯·麦肯西和埃米利奥·塞戈瑞在回旋加速器中以α粒子轰击铋原子合成出砹。[28]同年，埃德温·麦克米伦和菲力普·艾贝尔森以中子照射铀原子合成出了93号元素镎，这是第一种被发现的超铀元素（原子序大于92号铀的元素）。[29]隔年格伦·西奥多·西博格、约瑟夫·肯尼迪和埃德温·麦克米伦合成出第二个超铀元素钚（原子序94）。[30]

1944年，格伦·西奥多·西博格和阿伯特·吉奥索等人合成并分离出96号元素锔和95号元素镅，它们是首批完全由人工合成的方式制得的纯人造元素，不存在于自然界中。[31][32]

1945年，雅各布·马林斯基（英语：Jacob A. Marinsky）、劳伦斯·格兰丹宁（英语：Lawrence E. Glendenin）和查尔斯·科耶尔（英语：Charles D. Coryell）在分析石墨反应堆中铀燃料的裂变产物时发现了钷，填补了周期表中61号元素的空白，至此所有原子序小于铀的元素都已被发现。[33][34]

自1940年第一个超铀元素镎被成功合成后，在之后的数十年间世界各国的科学家们陆续合成出多种原子序更大的超铀元素。其中104到109号超重元素的命名曾引起很大的争论，这些争论从1960年代开始一直到1997年才解决（参见超镄元素争议）。[35][36]随着新发现元素的原子序逐步增大，原子核的稳定性也愈低，更重元素的合成及观测难度也因此愈高。科学家们至今仍借由人工核反应力图发现更多的新元素。

目前最新发现的元素为2010年合成出的鿬（Tennessine, Ts）[37]，而目前发现原子序最大的元素则是118号的鿫（Oganesson, Og），于2002年合成出。[38][39]

另外，83号元素铋长久以来一直被认为是最重的稳定元素，但2003年科学家发现其具有极其微弱的放射性，半衰期超过宇宙年龄的十亿倍。[40]故82号的铅取而代之成为了原子序最大的稳定元素。

存在

所有原子序数小于95（镅）的放射性元素在自然界中都可找到其存在，称为天然放射性元素。自然界中最普遍、丰度最高的放射性元素有三个：分别为钍、铀和铋等三种原始（英语：Primordial nuclide）放射性元素，这三个元素都有一个或多个半衰期极长的放射性同位素，发生衰变的速率非常缓慢。因此虽然这些放射性元素的原子在太阳系形成之前、恒星核合成时即产生，在经历数十亿年后仍得以相当的量存留到现在。其中钍和铀的衰变过程构成了现今自然界中最主要的三条衰变链，分别是以钍-232为母体的钍衰变链、以铀-238为母体的铀衰变链和以铀-235为母体的锕衰变链，这三条衰变链的最终产物分别是稳定的铅-208、铅-206和铅-207。而铋-209是第四条衰变链镎衰变链的倒数第二个子核素，会衰变成稳定的铊-205。[41]

其余11种天然放射性元素由于半衰期较短，从地球形成至今早已全部衰变殆尽，因此现今都是作为地壳中钍或铀的衰变产物或铀的裂变产物生成的。其中5种（钋、氡、镭、锕和镤）是钍和铀较普遍的衰变产物，而剩下6种元素（锝、钷、砹、钫、镎和钚）在自然界中仅痕量存在：砹和钫只存在于铀衰变链和锕衰变链的非常小的分支中，不但难以被生成，半衰期也极短，会很快衰变成其他元素；而原子序数较小的锝和钷是由铀-238的自发裂变以及由钼/钕分别发生中子俘获而产生；至于超铀元素镎和钚则只能由铀发生中子俘获而生成。由于这6种元素在自然界中极端稀有，因此除了钫之外最初都是透过人工合成的方法发现的，直到后来才发现它们也存在于自然界中。[42]鉴于这6种元素在自然界中存量极为稀少，从天然矿石中提取它们并不实际，所以通常还是由人工合成的方式生产这些元素。因此，它们在部分周期表中仍被标记为人造元素。[43]

原子序为95以上的放射性元素都不存在于自然界中，所有同位素都是人造的，称为人工合成元素或人造元素。[44][45]这些放射性元素的半衰期与地球的年龄相比过短，不但早已全部衰变殆尽，现今自然界中也缺乏形成这些重元素的途径或机制，因此只能由人工合成的方式生产。人工合成元素可以通过核反应堆或粒子加速器等设备来合成。[46]

另外，有些元素除了稳定同位素外还具有天然存在的放射性同位素，例如铍-10、碳-14、铝-26、氪-81等宇生放射性核素（英语：Cosmogenic nuclide）和钾-40、铷-87、钐-147等原始放射性核素，但丰度通常比同一元素的稳定同位素来得低。只有极少数天然放射性同位素的丰度高于同一元素的稳定同位素，例如铟-115（丰度95.71%）、铼-187（丰度62.6%）等。

应用

放射性元素的放射性虽然限制了它们在日常生活中的可用性，却也为它们在医疗、工业、军事和能源等领域带来了许多应用：

钍

钍是少数因为对其放射性的隐忧而在诸多应用中逐渐被淘汰的元素。钍曾广泛使用于煤气灯网罩（英语：gas mantle）[94]、GTAW焊的钨钍电极[95]、白炽灯丝等[96]，也被用作高品质透镜玻璃[97]、耐高温陶瓷等之添加剂[95]和工业化学反应的催化剂等，但这些应用都因为考量到钍及其衰变产物的放射性对环境和人体健康造成的风险而逐渐被其他材料取代。[95][98]不过作为储量最丰富的放射性元素，人们正在开发以钍取代铀作为核反应堆燃料的可能性，目前已有数个钍反应堆被建造。（参见钍燃料发电）[99][100]

铀

除了核武器和核燃料之外，铀还有一些与放射性无关的应用，例如铀盐可用作玻璃着色剂（铀玻璃）[101][102]、相片调色剂[103]、皮革、木材和丝绸的染色剂等，但这些应用也都和钍一样随着人们愈发重视放射性对人体和环境的危害后逐渐减少使用。不过乙酸铀酰目前仍是广泛用于电子显微镜切片标本的标准负染色剂之一。[104]

另外，以铀-238为主的贫铀放射性较弱，可作为飞行器的配重块、辐射疗法和工业用放射造影器材的屏蔽物、承装放射性物质所使用的货箱等[105]，军事上则常用作穿甲弹和战车装甲的材料[106]，但依然有可能对人体造成长期的健康隐患。

镭

镭是另一个随着放射性的危害广为人知而快速淡出人类社会的元素。在放射性刚被发现的几十年间，镭-226被大量用于手表、飞机开关、时钟和仪表盘等的发光涂料[107]，也在医疗上被用作产生氡气的药物，而氡气用于治疗癌症。[108][109]甚至还有不肖厂商夸大放射性的“治疗能力”，将镭-226作为牙膏、护发霜甚至食品和药物等产品中的添加剂。[110]镭在产业中的大量使用造成许多民众因为辐射中毒而留下终身残疾甚至死亡，知名的例子包括镭女郎和运动员埃本·拜尔斯。[111][112][113]目前镭-226在放射治疗和发光涂料中的应用已被其他更安全、更容易获得的放射性核素所取代。[64][84][86]

铋

由于铋的放射性过于微弱，直到2003年才被科学家检测出其具有放射性，半衰期超过宇宙年龄的十亿倍。[114]因为铋-209的半衰期极长，其微乎其微的放射性不会对生物造成任何影响（甚至比人体本身的放射性低得多），所以在几乎所有应用方面中，铋都被视为稳定的非放射性元素，无须对其进行任何防护措施，而对其放射性的研究纯粹是基于学术兴趣。[115]铋一般以化合态用作药品、颜料和化妆品[116][117][118][119]，少部分用作合金材料和铅的替代品等。[120][121][122][123]

原子序数≥99（锿以后）的放射性元素由于半衰期很短，非常不稳定，且无法大量生产，因此目前在科学研究之外没有任何实际用途。[124]

危害

如果因为一些事故、不良的处理或者其他方法，造成放射性物质被释放到环境中，它们能潜在并引起有害的效应，即放射性污染。如果过分地使用在医疗或生活应用上，使得人体过度暴露于辐射中，也能导致危险，为放射性中毒。放射性元素也能导致电器故障。

参考文献

参考书目

参见

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