简介:放射性元素是指能够自发地从不稳定原子核内部放出粒子或射线（如α粒子、β射线、γ射线等），同时释放出能量，最终形成稳定核素的一类元素，这一过程叫做放射性衰变。一般原子序数在84以上的元素都具有放射性，原子序数在83以下的某些元素如锝（Tc）、钷（Pm）等也具有放射性。放射性元素分为天然放射性元素和人工放射性元素两类。
天然放射性元素包括钋（Po）、氡（Rn）、钫（Fr）、镭（Ra）、锕（Ac）、钍（Th）、镤（Pa）和铀（U）等；人工合成的放射性元素，如锕系元素中在钚以后的元素。自然界存在三个主要天然放射系，分别为铀系、锕系和钍系，这三个系的“始祖”核素分别为U、U和Th。由于“始祖”核素的寿命和地球的年龄相近，所以这些核素还没有完全衰变掉。系中每一个放射性核素都是由前代的放射性核素通过α或β衰变产生，最后分别终止于稳定核素Pb、Pb和Pb。
发现:在近代化学诞:生之后相当长的一段时间内，放射性并不为人们所知，放射性元素的发现实际上早于放射性的发现。年德国化学家克拉普罗特发现了铀。年瑞典化学家贝采利乌斯发现了钍。但在当时，铀和钍只被看作是一般的重金属元素。直到年德国物理学家伦琴发现X射线以后，许多科学家都兴致勃勃地去研究这类新的、具有巨大穿透能力的辐射现象，放射性才被发现。年法国物理学家贝可勒尔发现了铀的放射性。
年居里夫人从沥青铀矿样品中发现了钋和镭以后，人们才认识到这是一类具有放射性的元素，并陆续发现了其它放射性元素。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。在年德国物理学家多恩指出，当镭发生衰变的时候，生成一种气态元素。放射性气体在当时为一种新鲜的东西，后来被命名为氡，并被列为第八十六号元素；最后，到年两个研究小组：德国的哈恩与梅特涅小组、英国的索迪与克兰斯顿小组——又从沥青铀矿石中分离出第9l号元素——镤。年意大利物理学家佩里埃和塞格雷用回旋加速器以氘核轰击钼发现了第43号元素锝。它是第一个用人工方法制得的放射性元素。
平衡系统:放射性元素—自然界平衡系统的一部分：天然放射性元素是构成地球和自然界的组成部分。在各类岩石、土壤，江河、湖海、大气中，都有不同数量的放射性元素存在。其中铀在地壳中占“克拉克值”平均含量的千分之一。放射性元素越来越被广泛利用在许多方面如核电站、空间技术、医疗技术、同位素技术等，为人类服务。自然界天然存在的低浓度的放射性辐射一般不会危害人类健康，而且已经是自然界平衡系统的组成部分，人类和其他生命在进化过程中，已经适应了这个平衡系统的本底辐射环境。
常见元素:放射性铯：铯是一种银金色的碱金属元素，化学符号是Cs，原子序数是55，在年由德国化学家本生和基尔霍夫发现。铯的熔点低，熔点约为28.44°熔化。在空气中它容易氧化，可用于制造真空件器、光电管等，在化学上还可用做催化剂。在核电站的乏燃料（燃烧以后的核燃料）的裂变产物中，长半衰期的铯-的裂变产额较高，是重要的放射性元素。
铯-是β-辐射体，但由于其衰变产物Bam为γ-辐射体，因此铯-可同时用作β辐射源和γ辐射源，用途广泛。已发现的铯放射性同位素有34个，由铀裂变生成的铯重要同位素有铯、铯，其裂变产额分别为6.41%和6.26%，此外铯也能在裂变中形成，产额为6.76%，吸收中子后形成铯。
铯-是裂变产生的最重要的放射性铯同位素，其半衰期约需30年，完全消失则长达3百年。由于具有放射毒性，一旦环境中的铯-被人体吸收，就会对人体产生危害。因此，在核爆炸或者核事故所致的环境污染检测中，铯-是重点检测的放射性元素。尽管用途广泛，铯作为γ辐射源的半衰期较长，且易造成扩散，铯-源已逐渐被钴-60源取代。
放射性碘：碘也是核电站燃料的主要裂变产物。已表征的碘的同位素有37种，其中只有I是稳定同位素，其它均为放射性同位素。寿命最长的放射性碘同位素是I，半衰期为一千五百多万年。由于其半衰期与地球寿命相比很小，碘-是一种已灭绝的放射性核素，它在太阳系早期的存在可从其子体氙-的观测来推断。碘-是核废料中的主要裂变产物之一，由于碘具有易挥发的特点，在核爆炸及反应堆事故时，它是早期污染环境的主要核素。
碘-是β衰变核素，发射β射线（99%）和γ射线（1%），半衰期为8天，用铅屏蔽就可以阻隔其放射线。在碘的放射性同位素中，碘-和碘-是毒性相对较大的放射性核素。进入血液中的放射性碘，约70%存在在于血浆中，30%很快转移到体内各组织器官内，且呈高度不均匀分布，大部分选择性地富集于甲状腺，通常甲状腺内碘浓度可达血浆浓度的25倍，在供碘不足的情况下其浓度可达到血浆浓度的倍，所以，放射性碘对人体的危害主要表现为甲状腺辐射损伤。医学上也正是利用碘在甲状腺中的富集行为，来利用放射性碘-治疗甲状腺疾病。
核电站严重事故有可能向环境释放大量放射性碘，但已运行的和未来的先进核能循环系统均有较高的安全防护设施，通常会尽量防止放射性碘排放到环境中。以美国三里岛事故为例，反应堆核燃料元件熔化导致大量放射性碘元素释放出来，但均被控制在安全壳内，只有小量放射性碘由于操作失误释放到环境中。类似日本福岛核电站这样的较大规模放射性元素泄漏事件是较为罕见的，同时，也为将来的核电站设计提出了更高安全性的新要求。
放射性锶：放射性锶的同位素共有27个，其中放射性同位素有19种。锶-85、锶-89和锶-90是具有重要意义的同位素。锶的主要放射性同位素及其核性质和产生方式见表2。裂变产生的有锶-90（裂变产额约5.90%）、锶-89(4.81%)以及质量数为91～97的放射性锶，有实际意义的是锶-89和锶-90。放射性锶可以作为环境放射性污染的重要标志物：锶-90和锶-89是用来评估核试验所致环境污染物的主要核素之一。
锶-90居于被选对象的首位是因为它在裂变产物中的份额较高、物理半衰期较长、及进入人体后有重要的毒理学意义。反应堆运行和乏燃料（辐照后的燃料）后处理产生的放射性废物中含有较多的锶-90。锶-90可作为β辐射源，在军事，科学研究及医学上均有重要用途。锶-89也可作β放射源。锶-85则是纯γ辐射源，是一种常用的示踪剂。动物实验证明，进入体内的放射性锶主要造成骨髓造血组织和骨骼的损伤，其随机性效应主要是骨组织瘤，其次为白血病。
放射性氡：氡是天然放射性惰性气体（故也称氡气），无色无嗅，可溶于水，其化学符号为Rn。氡有很多放射性同位素，其中半衰期最长的同位素是氡-（半衰期为3.82天），前面所说的氡通常即是指氡-。有人把氡气比做“无形的杀手”，虽然有些夸大其词，但氡确实可以对人的健康构成危害。世界卫生组织已把氡列为19种致癌物质之一，研究表明氡吸入是仅次于吸烟的第二大致肺癌因素。
由于氡-的放射性子体是固态放射性核素，能在空气中形成气溶胶被人吸入。氡-是氡的另一种同位素，半衰期为55秒。由于氡-是钍-的衰变产物，也把它称为钍射气。在我国，已发现泥土房和窑洞中氡-的浓度较高。氡无所不在，遍布在我们的生活环境之中，而我们需要特别警惕的是室内的氡，因此，氡也称为居室中的危害气体。室内的氡气可以来自地基下的土壤，也可来自各种建筑材料，或来自空气或用水。一般地下室、窑洞或土坯房子的氡气浓度较高，而通风不好也会导致氡气积累而使浓度升高。因此，为了减少氡及其子体的危害，要保持室内通风良好。
锕系元素与核燃料：锕系元素，是元素周期表原子序数为89～的15种化学元素的统称。它们化学性质相似，所以单独组成一个系列，在元素周期表中占有特殊位置。前四种元素锕、钍、镤、铀存在于自然界中，其余11种全部由人工核反应合成。人工合成的锕系元素中，只有钚、镎、镅、锔等年产量达到公斤级以上，锎仅为克级。锿以后的重锕系元素由于量极微，半衰期很短，仅应用于实验室条件下研究和鉴定核素性质。
α衰变和自发裂变是锕系元素的重要核特性，随着原子序数的增大，半衰期依次缩短，铀的半衰期为44.68亿年；铹的半衰期只有3分钟。锕系元素的毒性和辐射（特别是吸入人体内的α辐射体）的危害较大，必须在有防护措施的密闭工作箱中操作这些物质。在核能利用方面，最重要的核素有铀、铀和,它们是反应堆、核电站或其他核动力的易裂变燃料。铀在自然界存在，铀和钚则分别通过钍和铀俘获中子等人工核反应生成。
天然铀有铀-、铀-和铀-三种放射性同位素，按质量计，依次占0.%、0.%和99.27%。若按放射性活度计，则天然铀中铀-和铀，所所占份额相近，各约为48.9%，而铀-仅占2.2%。用同位素分离技术可使铀中的铀-的丰度高于其天然铀中的原有丰度，此过程称为铀的富集。低丰度的铀可用作核动力堆燃料，而丰度高达90%以上的高浓铀可用作核武器装料，丰度20%以上的高浓度也可用作核爆炸装置的燃料。天然铀中经富集、提取核反应堆和核核武器用的铀-后剩余的副产品—贫铀，可作为穿甲弹芯体或γ射线的屏蔽材料。
核燃料是指可裂变物质或可以裂变物质。可以发生裂变的物质与这里提到的可裂变物质不同。可以发生裂变的物质指的是任何原子核可以发生核裂变的物质，而可裂变物质特指那些能够俘获低能量中子发生裂变，从而具有维持链式反应的能力。例如钚-是可裂变物质，而钚-只能在快中子的作用下发生裂变，仅仅是可以发生裂变的物质。因此，可裂变物质是可以发生裂变的物质中的一少部分。铀-是一种典型的可以发生裂变的物质，但是无法维持中子的链式反应。铀-裂变产生的中子能量大约是2MeV（相当于km/s），仅仅有一小部分有足够的能量使铀-发生裂变。
但是氘氚核聚变反应产生的中子的能量达到14.1MeV（相当于km/s），可以很有效的使铀-和其它不是可裂变物质的超铀元素发生裂变。但是铀-裂变产生的中子的能量仍然无法使铀-发生裂变，因此铀-无法维持链式反应。核武器爆炸的第二阶段中铀-的快速核裂变可以大幅度提升核武器当量，同时也产生了大量的放射性尘埃。
放射性元素氚:氚是元素氢的一种放射性同位素。可写为3H，氚还有其专用符号T。它的原子核由一颗质子和二颗中子组成。在天然氢中，氚的含量为1×10-15%。年，英国卢瑟福等人在加速器上用加速的氘核轰击氘靶，通过核反应发现氚，年美国科学家阿耳瓦雷等证明氚有放射性。氚会发射β射线而衰变成氦3，半衰期为12.5年。自然界的氚是宇宙射线与上层大气间作用，通过核反应生成的。
利用核反应：Li+n→4He+3H，然后利用热扩散法，可使氚富集至99%以上。氚主要用于热核武器、科学研究中的标记化合物，制作发光氚管，还可能成为热核聚变反应的原料。氚及其标记化合物在军事、工业、水文、地质，以及各个科学研究领域里均起着重要的作用；在生命科学的许多研究工作中，氚标记化合物则是必不可少的研究工具。例如，酶的作用机理和分析、细胞学、分子生物学、受体结合研究、放射免疫分析、药物代谢动力学，以及癌症的诊断和治疗等，都离不开氚标记化合物。
具体内容：原子序数≥84的元素都具有放射性，原子序数≤83的某些元素如Tc、Pm等也具有放射性。年德国化学家M．H．克拉普罗特发现了铀。年瑞典化学家I．J．贝采利乌斯发现了钍。在当时，铀和钍只被看作是一般的重金属元素。直到年法国物理学家H．贝可勒尔发现铀的放射性，以及年M．居里和P．居里发现钋和镭以后，人们才认识到这一类元素都具有放射性，并陆续发现了其他放射性元素。
放射性元素分为天然放射性元素和人工放射性元素两类。放射性元素（确切地说应为放射性核素）最早应用的领域是医学和钟表工业。镭的辐射具有强大的贯穿本领，发现不久便成为当时治疗恶性肿瘤的重要工具；镭盐在暗处发光，用于涂制夜光表盘。现在，放射性元素的应用已深入到人类物质生活的各个领域，例如核电站和核舰艇使用的核燃料，工业、农业和医学中使用的放射性标记化合物，工业探伤、测井（石油）、食品加工和肿瘤治疗所使用的某些放射源等。
发现历程：X射线发现以后，许多科学家都兴致勃勃地去研究这类新的、具有巨大穿透能力的辐射，法国物理学家亨贝利·克勒尔就是其中之一。他的父亲亚历山大·贝克勒尔对“荧光”特别感兴趣（荧光是某些物质被日光的紫外线照射以后所发出的可见辐射）。老贝克勒尔曾对一种称为硫酸双氧铀钾的荧光物质进行了研究，而小贝克勒尔则想知道在硫酸双氧铀钾的荧光辐射中是否含有X射线，结果小贝克勒尔发现了更激动人心的铀的放射性。
居里夫人提来的放射性“放射性”这个术语是居里夫人提出来的，用它来描述铀的辐射能力。居里夫人还进一步发现了第二种放射性物质——钋。在这以后，很快又有别的科学工作者作出了许多重要的发现。他们的发现证明，放射性物质的辐射不但比X射线具有更大的穿透力，而且也更强。此外，科学工作者又发现，放射性物质还会发出别种射线，这又使科学家们在原子的内部结构方面得到了一些新的发现。
放射性元素在发出射线的过程中会转变为另一种元素，这一现象是居里夫人在无意中发现的。有一次，居里夫人和她的丈夫为了弄清一批沥青铀矿样品中是否含有值得加以提炼的铀，对其中的含铀量进行了测定，但他们惊讶地发现，有几块样品的放射性甚至比纯铀的放射性还要大。这就很明显地意味着，在这些沥青铀矿石中一定还含有别的放射性元素。同时，这些未知的放射性元素一定是非常少的，因为用普通的化学分析方法不能把它们检测出来。
居里夫妇带着十分激动的心情，搞到了几吨沥青铀矿，他们在一个很小的木棚里建了一个作坊，在很原始的条件下以极大的毅力在这些很重的黑色矿石中寻找这些痕量的新元素。年7月，他们终于分离出极小量的黑色粉末，这些黑色粉末的放射性比同等数量的铀强倍。这些黑色粉末含有一种在化学性质上和碲很相似的新元素，因此，它在周期表中的位置似乎应该处在碲的下面。居里夫妇把这个元素定名为钋，以纪念居里的祖国波兰。但是钋只是使她们的黑色样品具有这样强的放射性的部分原因。因此，她们又把这项工作继续进行下去，到年12月，居里夫妇又提炼出一些放射性此钋还要强的东西，
其中含有另一种在化学特性上和钡很相似的元素，居里夫妇把它定名为镭，意思是“射线”。居里夫妇为了收集足够多的纯镭以便对它进行研究，又进行了四年的工作。居里夫人在年就她所进行的研究写了一个提要，作为她的博士论文。这也许是科学史上最出色的博士论文，它使她两次获得了诺贝尔奖金。
居里夫人和她的丈夫以及贝克勒尔因在放射性方面的研究而获得了年的诺贝尔物理学奖，年，居里夫人因为她在发现钋和镭方面立下的功绩而单独获得了诺贝尔化学奖。钋和镭远比铀和钍不稳定，换句话说，前者的放射性远比后者显著，每秒钟有更多的原子发生衰变。它们的寿命非常之短，因此，实际上宇宙中所有的钋和镭都应当在一百万年左右的时间内全部消失。那么，为什么我们还能在这个已经有几十亿岁的地球上发现它们呢，这是因为在铀和钍衰变为铅的过程中会继续不断地形成镭和钋。
凡是能找到铀和钍的地方，就一定能找到痕量的钋和镭。它们是铀和钍衰变为铅的过程中的中间产物在铀和钍衰变为铅的过程中还形成另外三种不稳定元素，它们有的是通过对沥青铀矿的细致分析而被发现的，有的则是通过对放射性物质的深入研究而被发现的。年，德比埃尔内根据居里夫妇的建议，在沥青铀矿石中继续寻找其他放射性元素，终于发现了被他定名为锕的元素，这个元素后来被列为第89号元素；年德国物理学家多恩表示，当镭发生衰变时，会生成一种气态元素。
放射性气体在当时是一种新鲜的东西，这个元素后来被命名为氡，并被列为第86号元素；最后，到年，两个研究小组——德国的哈恩和梅特涅小组、英国的索迪和克兰斯顿小组——又从沥青铀矿石中分离出第9l号元素——镤。到年为止，已被确认的元素总共巳达八十八种，其中有八十一种是稳定的，七种是不稳定的。这样一来，努力找出尚未发现的四种元素（即第43，61，85，87号元素）就成为科学家们的迫切愿望了。
由于在所有已知元素中，从第84到92号都是放射性元素，因此，可以很有把握地预测第85和87号元素也应该是放射性元素。另一方面，由于第43号和第61号元素的上下左右都是稳定元素，所以似乎没有任何理由认为它们不是稳定元素。因此，它们应该可以在自然界中找到。第43号元素在周期表中正好处在铼的上面，人们预料它和铼具有相似的化学特性，而且可以在同一种矿石中找到。事实上，发现铼的研究小组认为，他们肯定已测出了波长相当于第43号元素的X射线。因此，他们宣称第43号元素已被发现。但是他们的鉴定并没有得到别人的肯定。在科学上，任何一项发现至少也应该被另一位研究者所证实，否则就不能算是一项发现。
年，伊利诺斯大学的两个化学家宜称他们已在含有第60号和第62号元素的矿石中找到了第61号元素。同年，佛罗伦萨大学的两个意大利化学家也以为他们已经分离出第61号元素。但是这两组化学家的工作都没有得到别的化学家的证实。几年以后，亚拉巴马工艺学院的一位物理学家报道说，他已用他亲自设计的一种新的分析方法找到了痕量的第87号和第85号元素，但是这两项发现也都没有得到证实。后来发生的一些事情表明，第43，61，85和87号元素的所谓“发现”，只不过是这几位化学家在工作中犯了这样或那样的错误罢了。
在这四种元素当中，首先被确定无疑地证认出来的是第43号元素。曾经因发明回旋加速器而获得诺贝尔物理学奖的美国物理学家劳伦斯，通过用高速粒子轰击第42号元素钼的方法，在他的加速器中产生了第43号元素。被轰击过的材料变成了放射性的物质，劳伦斯便把这些放射性物质送到意大利化学家赛格雷那里去进行分析，因为赛格雷对第43号元素的问题很感兴趣。
赛格雷和他的同事佩列尔把有放射性的那部分物质从钼中分离出来以后，发现它在化学特性上和铼很相似，但又不是铼。因此他们断言，它只能是第43号元素，并指出它和周期表中与之相邻的元素有所不同，是一种放射性元素。由于它不能作为第44号元素的衰变产物而不断产生出来，所以事实上它在地壳中已不复存在。赛格雷和佩列尔就这样终于取得了命名第43号元素的权利，他们把它定名为锝，这是世界上第一个人工合成的元素。
年，第87号元素终于在自然界中被发现了。法国化学家佩雷在铀的衰变产物中把它分离了出来。由于它的存在量极小，所以只有在技术上得到改进以后，人们才能在以前未能找到它的地方把它找田来。佩雷后来把这个新发现的元素命名为钫。第85号元素和锝一样，是在回旋加速器中通过对第83号元素铋进行轰击而得到的。年，赛格雷、科森和麦肯齐在加利福尼亚大学分离出第85号元素。
第二次世界大战中断了他们在这个元素方面所进行的工作，战后他们又重新进行，并在年提出把这个元素命名为砹。与此同时，第四个也是最后一个尚未被发现的元素，第61号元素也在铀的裂变产物中发现了。橡树岭国立实验室的马林斯基、格伦丁宁和科里尔这三位化学家在年分离出第61号元素，他们把它命名为钷。这样，元素一览表，从第1号至92号，终于全部齐全了。但是，从某种意义上说，向元素进军的最艰巨历程才刚刚开始，因为科学工作者已经突破了周期表的边界。原来，铀并不是周期表中最后一个元素。