天然放射性元素

指最初是從天然產物中發現的放射性元素。它們是釙、氡、鈁、鐳、錒、釷、鏷和鈾。

發現

自1896年法國物理學家A.H.貝可勒爾發現鈾的放射性后，科學家們就利用測量放射性的方法，對所有的元素進行了普查。1898年M.居里和P.居里用自製的電離室和靜電計，配合以石英壓電發生器等設備，用定量測量放射性的方法，對已知元素或其化合物進行了普查。在研究了各種鈾礦和釷礦的放射性之後，發現有些礦物的放射性比純鈾或純釷還強。他們用硫化物沉澱法從瀝青鈾礦中分離出一种放射性比鈾強400倍、化學性質與鉍類似的新元素──釙。接著，居里夫婦等又從瀝青鈾礦中分離出放射性極強的另一種新元素──鐳。1899年法國科學家A.-L.德比埃爾內使用氨水和稀土元素形成沉澱的方法，從鈾礦渣中載帶分離出第三個放射性元素──錒。天然放射性元素的發現見表。

存在

鈾和釷具有長壽命的同位素，如鈾238的半衰期為4.468×109年，釷232的半衰期為1.405×1010年，與地球的年齡(4.6×109年)相近，所以可在自然界中長期存在。有些天然放射性元素的半衰期相對於地球而言比較短，但是作為與鈾或釷達到平衡的子體，也可在自然界中長期存在，如釙、氡、鈁、鐳、錒和鏷。

應用

天然放射性元素的應用範圍從早期的醫學和鐘錶工業擴大到核動力工業和航天工業等多種領域。主要用途有：

①核燃料，除鈾235外，鈾238在反應堆中經中子輻照生成的鈈239、釷232在反應堆中轉化成的鈾233，都可用作核燃料。

②中子源，釙210－鈹中子源、鐳226－鈹中子源和鈈239－鈹中子源都有重要用途。

③輻照治療癌症，鐳或氡封於管中製成鐳管或氡管可用於治療癌症。

此外，釷可製成特殊焊條、超真空系統的吸氣劑、結構金屬中的添加劑；氧化釷可用作某些有機化學反應的催化劑和高溫陶瓷材料，與鎢混合可製成燈絲。

參考書目

G.Friedlander,etal.,NuclearandRadiochemistry,3rded.,JohnWiley&Sons,NewYork,1981.

存在天然產物中能自發放射出α、γ、β射線，由同一原子序數的原子組成的物質。它們是釙、氡、鈁、鐳、錒、釷、鏷和鈾等。

鈾、釷是重要的核燃料，Ra和Ac可用作放射源和放射性標準源。鈾、釷的長壽命同位素U、U和Th是三個天然放射性衰變系的“始祖”核素。釙、氡、鈁、鐳、錒、釷、鏷和鈾的一些同位素是這三個放射性衰變系的成員。

鈾、釷常與稀土元素或其他金屬形成共生礦（例如獨居石等），鈾還存在於煤、磷等礦床中。因此，在冶金、化工等工業生產中，天然放射性元素是產生輻射危害的主要來源。在安全防護和環境保護工作中，要考慮它們的影響。當礦石中的鈾、釷含量較高時，應綜合予以回收。

（1）鈾系：又稱鈾-鐳系，它從U開始，中間經過8次α衰變、6次β衰變，最後生成穩定的Pb；

（2）錒系：又稱錒-鈾系，它從U開始，中間經過7次α衰變、4次β衰變，最後生成穩定的Pb；

（3）釷系：以Th為開始，中間經過6次α衰變、4次β衰變，最後生成穩定核素Pb。

（4）宇宙射線與大氣元素或其他物質作用的產物主要有H、Be、Be、C、Al、Si，還有P、P、S、Cl、Cl和Ar。

（5）單獨存在於海洋中並且有穩定同位素的長壽命核素，包括K、Rb、In、La、Nd、Sm、Gd、Lu、Ht、Re、Pt、Pt、Sn、W、Ce等。它們的半衰期大體在10—10年之間。

工業領域

天然放射性元素的應用範圍從早期的醫學和鐘錶工業擴大到核動力工業和航天工業等多種領域。主要用途有：

①核燃料，除鈾235外，鈾238在反應堆中經中子輻照生成的鈈239、釷232在反應堆中轉化成的鈾233，都可用作核燃料。

② 中子源，釙210－鈹中子源、鐳226－鈹中子源和鈈239－鈹中子源都有重要用途。

③輻照治療癌症，鐳或氡封於管中製成鐳管或氡管可用於治療癌症。

此外，釷可製成特殊焊條、超真空系統的吸氣劑、結構金屬中的添加劑；氧化釷可用作某些有機化學反應的催化劑和高溫陶瓷材料，與鎢混合可製成燈絲。

海洋領域

天然放射性同位素在海洋研究中的重要用途，概括起來大體有三個方面：

①測定海水的年齡，推測海水的循環模型；

②研究大尺度的海洋混合模型；

③海洋沉積物的年代測定。14C廣泛地應用在前兩項中，它是根據海水中的C濃度與研究水體的年齡，以及該水體與不同C含量的各種水團的混合程度有關這一現象進行的。