我们把1克左右的镭盐放在小玻璃管中,并把管子两头熔化封口,然后开始观察镭盐放射衰变时的现象。
第1步:如果有可以精密测量温度的仪器,我们就可以看到这个盛镭盐的玻璃管的温度要高于周围环境。这说明在放射衰变,也就是原子核分裂的过程中,会有大量的能量放出。
实验证明,1克镭“衰变”1小时可以放出140卡的热,如果让它连续衰变到铅,这个过程差不多要2万年,放出的热大约是290万大卡,相当于半吨煤燃烧发出的热量。
第2步:将盛镭盐的玻璃管平放,用小抽气机抽出管里的气体,并将气体输进已准备好的一只已抽去空气的玻璃管中。然后,把这只玻璃管也熔化封口,我们发现这个玻璃管在暗处也会和盛着镭盐的玻璃管一样发出浅绿色或浅蓝色的光。这便是次级放射现象,是由镭产生的另外一种放射性元素氡引起的,氡也是一种稀有气体。
在40天以内玻璃管中的氡含量是不断增加的,之后保持不变。这是因为40天后氡的衰变速度等于产生它的速度。氡的放射性可以用带电的验电器验证,方法是把盛着氡的玻璃管拿近验电器。射线会把周围的空气变成离子,这样空气就成了导电体,验电器上的电性就失去了。如果每天都做上面的实验,日子一长,就可以看出,盛氡的玻璃管对于带电验电器的作用越来越小。3.8个天后,作用力失去一半;(氡的半衰期是3.8天)40天后,玻璃管对验电器一点儿作用都没有了。
如果人为地在这个玻璃管中造出放电现象,再用分光镜观察气体放电时的发光现象,就会发现另一种气体的光谱,这个新出现的气体便是氦。
第3步:把放镭盐的玻璃管保存好多年后再将其取出,然后用灵敏的分析方法看内壁上有没有其他的元素,就会发现空玻璃管中有极少量的铅。1克镭1年的衰变结果是生成4.00×10-4克的铅和172立方毫米的气体氦。
可见,镭的放射过程会接连生成新的放射性元素,一直到生成没有放射性的铅为止。其实镭本身也是由铀开始的一连串衰变当中的一个产物。放射性元素衰变过程中产生的一系列元素,叫作放射系。
现在有4种放射系,包括3个天然放射系和一个人工放射系。
第一个是铀—镭系,原始核是铀238,它共经过14次连续衰变,包括8次发射α粒子的衰变和6次发射β粒子的衰变,最后衰变为不带放射性的稳定核素铅206。居里夫妇所发现的镭及氡都是这个衰变链的中间产物,故也称为铀—镭系。
第二个是铀—锕系,衰变的起始核是铀的一种同位素铀235,共经过11次连续衰变,其中7次α衰变和4次β衰变,终核是稳定核素铅207。
第三个是钍系,起始核是钍212,共经过10次连续衰变,包括6次α衰变和4次β衰变,最后衰变成的终核是稳定核素铅208。
第四个是人工放射系镎系,起始核是钚241,此放射系共经过13次连续衰变,包括8次α衰变和5次β衰变,终核是稳定核素铋209。