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1、第二章第二章 放射化学基础放射化学基础本章要求：本章要求：1 1 掌握放射性的定义和衰变规律、衰变种类及与掌握放射性的定义和衰变规律、衰变种类及与放射性有关的基本概念，能进行放射性活度的放射性有关的基本概念，能进行放射性活度的有关计算有关计算；掌握衰变；掌握衰变平衡建立的平衡建立的特点；特点；2 2 掌握同位素交换规律及放射性物质在低浓时的掌握同位素交换规律及放射性物质在低浓时的状态和行为状态和行为；掌握同位素交换；掌握同位素交换机理；机理；3 3 掌握放射性分离的基本概念及原理，熟悉放掌握放射性分离的基本概念及原理，熟悉放射性分离的方法。射性分离的方法。(6(6学时学时学时学时) )第一节第
2、一节 放射性放射性原子核自发地按固定的速率放出粒子的现象，即原子核自发地按固定的速率放出粒子的现象，即为放射性为放射性原子核自发地发射粒子原子核自发地发射粒子(如如，p，14C，)或电磁辐射、俘获核外电子，或自发裂或电磁辐射、俘获核外电子，或自发裂变的现象称为放射性。变的现象称为放射性。一、放射性衰变规律一、放射性衰变规律（一）放射性的定义（一）放射性的定义o衰变的统计规律：衰变的统计规律：放射性衰变是一种随机事件，各个放放射性衰变是一种随机事件，各个放射性原子核的衰变是彼此独立的，大量放射性原子核的衰射性原子核的衰变是彼此独立的，大量放射性原子核的衰变从整体上服从指数衰减规律变从整体上服从指
3、数衰减规律N=N0e-t（二）衰变规律（二）衰变规律放射性核素放射性核素A A放出粒子放出粒子x x后，转变为稳定核素后，转变为稳定核素B B，其衰变可写为：，其衰变可写为： AB+xAB+x这时单位时间衰变的原子核数这时单位时间衰变的原子核数-dN/dt-dN/dt与此时现有的原子核数与此时现有的原子核数N N成正比，写为成正比，写为最简单的衰变：最简单的衰变：如果在时间如果在时间 t 时，现存原子数是时，现存原子数是N， 则有：则有： -dN=Ndw此时用此时用A A代替代替dN/dtdN/dt，A A称为放射性活度称为放射性活度，即为核，即为核的衰变率，表的衰变率，表示单位时间内衰变掉的
4、放射性核的数目。示单位时间内衰变掉的放射性核的数目。于是从于是从0 0-t-t时间内，时间内， 对时间积分，上式变为：对时间积分，上式变为：衰变常数衰变常数，其意义是核素的放射性衰变或同质异能跃迁，其意义是核素的放射性衰变或同质异能跃迁的概率，可表示为：的概率，可表示为：dw除以单位时间除以单位时间:预计在时间预计在时间dt内，衰变数或同质异能跃迁数是：内，衰变数或同质异能跃迁数是：放射性活度A放射性活度即为核素的放射性衰变率，正比于核数目。放射性活度即为核素的放射性衰变率，正比于核数目。如果在某一时刻，一定量的被观察的放射性核含有如果在某一时刻，一定量的被观察的放射性核含有N N个原个原子，
5、并且不同时产生积累，则：子，并且不同时产生积累，则：理解：理解：dNdN* *是在时间间隔是在时间间隔dtdt内，放射性核素由这一能量状态内，放射性核素由这一能量状态出发，自发转变的数目。出发，自发转变的数目。活度也可以用公式表示为：活度也可以用公式表示为：常用常用Ci（居里）表示（居里）表示，1Ci=3.71010Bq=37GBq1Ci 相当于相当于1g 226Ra的放射性活度的放射性活度 。单位：单位：Bq(贝可贝可)国际单位；其它有国际单位；其它有KBq, MBq, GBq; 1Bq=1dps（1次衰变次衰变/秒）秒）与放射性活度有关的几个概念放射性比活度：放射性比活度：单位质量的物质的
6、放射性活度。单位质量的物质的放射性活度。n放射性浓度：放射性浓度：单位体积中的放射性活度单位体积中的放射性活度m m为总质量，包含放射性物质和所有非放射性杂质的质量为总质量，包含放射性物质和所有非放射性杂质的质量半衰期半衰期T1/2， 平均寿命平均寿命无论初始放射性核数的数目为多少，其所剩放射性核的数目为无论初始放射性核数的数目为多少，其所剩放射性核的数目为初始数目的一半或已衰变了一半的核所经历的时间，即为初始数目的一半或已衰变了一半的核所经历的时间，即为该核该核素的半衰期素的半衰期，即当，即当N=1/2N0时所经历的时间，所以半衰期也可时所经历的时间，所以半衰期也可表示为：表示为：所以放射性
7、衰变公式也可以表示为：所以放射性衰变公式也可以表示为：或平均寿命平均寿命即为放射性活度下降到即为放射性活度下降到1/e1/e时所经历的时间：时所经历的时间：与放射性活度A有关的计算1.在1g天然钾中每分钟衰变多少个钾-40(40K)的原子?(T1/2=1.28109a；40K的丰度：0.0117%)2.1Bq的3H、14C各有多重？（3H：T1/2=12.3a；14C：T1/2=5730a）3.从1t含40%U3O8的沥青铀矿中能分离多少g镭（226Ra）?计算1Bq下列核素质量为多少g？核素核素T1/2，a质量，质量，g40K1.2810960Co5.2690Sr27.7131I0.0221
8、34Cs2.046137Cs30.0235U4.51109239Pu24390在1g239Pu（T1/2=24000a）和1g3H(T1/2=12.4a)中每分钟衰变多少个原子？习题习题某些放射性核素可以同时以几种方式衰变称分某些放射性核素可以同时以几种方式衰变称分支衰变。支衰变。在每一次衰变中，按其中第在每一次衰变中，按其中第i i种方式衰变的概种方式衰变的概率为衰变的分支比。率为衰变的分支比。（三）分支衰变（三）分支衰变64Cu64Zn（40%）-64Ni（19%）+64Ni（41%）EC（四）放射性衰变平衡（四）放射性衰变平衡基本条件基本条件由母核衰变生成的子核常常也是放射性的由母核衰变
9、生成的子核常常也是放射性的才有可能建立衰变平衡才有可能建立衰变平衡如：两次连续衰变是指母体核衰变生成的子体是放射性核，子两次连续衰变是指母体核衰变生成的子体是放射性核，子体核再衰变则生成稳定核（或放射性核），例如，以体核再衰变则生成稳定核（或放射性核），例如，以A,B,C代表核素，代表核素，AB CT1/2TA,1/2TB,1/2衰变常数120t=0时的原子核素N1,000t=0时的放射性活度A1,000t时刻的原子核素N1N2N3t时刻的放射性活度A1A20ABC计算子体原子数要考虑计算子体原子数要考虑N1N2和和N2衰变成衰变成N3的数目的数目N2 N3,子体核素的生成率：子体核素的生成率
10、：dN/dt=1N1B核的衰变率：核的衰变率：2N2，子体核，子体核B的生成率减去衰变率，的生成率减去衰变率，一阶非齐次微分方程，可用积分法求解，解是：一阶非齐次微分方程，可用积分法求解，解是：其中，其中，N1,0,N2,0为核素为核素A，B在在t=0时存在的原子数，初始条件：时存在的原子数，初始条件：t=0, N2,0=0则：或用放射性活度表示为：归纳如下：归纳如下：母体的放射性活度：母体的放射性活度：子体的放射性活度：子体的放射性活度：长期平衡长期平衡母体核素的半衰期比子体核素的半衰期长得母体核素的半衰期比子体核素的半衰期长得多时，即多时，即T1/2，1T1/2，2 或者或者21；暂时平衡
11、暂时平衡母体核素的半衰期不长，但仍比子体核素的母体核素的半衰期不长，但仍比子体核素的半衰期长。即母核与子体核素的半衰期相比不能再忽略，半衰期长。即母核与子体核素的半衰期相比不能再忽略，则定义为则定义为暂时平衡，即暂时平衡，即T1/2，1T1/2，2 或者或者21； 无平衡无平衡母体核素的半衰期比子体核素的母体核素的半衰期比子体核素的半衰期短，半衰期短， 122 ；4. 95Zr（T1/2=65.5d）经）经-衰变到衰变到95Nb（T1/2=35d），后者衰变），后者衰变为稳定为稳定95Mo，从，从t=0时分离出纯时分离出纯95Zr算起，什么时候算起，什么时候95Nb的放的放射性活度达到最大？总
12、放射性活度是多大？射性活度达到最大？总放射性活度是多大？解：从半衰期T1/2，ZrT1/2，Nb可以看出，此衰变为暂时平衡，根据公式对时间微积分，并让微商为0，则得：总放射性活度A是95Zr初始活度的48.7%二、放射性衰变种类二、放射性衰变种类（一）概述（一）概述: 放射性衰变发生的基本条件放射性衰变发生的基本条件放射性衰变仅在起始核与产放射性衰变仅在起始核与产物核之间有正的质量差时才有可能发生。即如果一种核的物核之间有正的质量差时才有可能发生。即如果一种核的质量小于它的所有可能的衰变产物的质量和，它就不会自质量小于它的所有可能的衰变产物的质量和，它就不会自发进行放射性衰变，也就说明此核素是
13、稳定的发进行放射性衰变，也就说明此核素是稳定的放射性衰变通式：放射性衰变通式：AB + x + EE E是以放出的粒子或量子的动能形式出现的。在放射性是以放出的粒子或量子的动能形式出现的。在放射性衰变时释放的能量称作衰变时释放的能量称作Q Q值，它由衰变前后处于基态的核值，它由衰变前后处于基态的核的质量差得出的质量差得出Q= mC2 =( mA mB - mx) C2衰变中释放的能量衰变中释放的能量Q Q与其衰变过程中放出的粒子或量子的能量与其衰变过程中放出的粒子或量子的能量并不一致，它同时还包括子体的反冲能并不一致，它同时还包括子体的反冲能（二）衰变类型（二）衰变类型1. 1. 衰变衰变：
14、在在衰变中放出衰变中放出4 42 2HeHe核，从母体到子体的过程中，子体核，从母体到子体的过程中，子体核素核子数减小核素核子数减小4 4，核电荷数减小，核电荷数减小2 2。 如：如：2. 2. 衰变衰变 衰衰变变时时，原原子子核核中中的的一一种种核核子子转转变变为为另另外外一一种种核核子子， 核子质量数不变，电荷数改变一个。核子质量数不变，电荷数改变一个。 当当母母体体核核和和子子体体核核的的能能量量差差很很小小，即即衰衰变变核核位位于于同同量量异异位位（原原子子质质量量数数相相同同，电电荷荷数数不不同同，如如A AZ ZN N，A A相相同同，而而Z Z不不同同） 衰变才有可能发生。衰变才
15、有可能发生。 当当母母体体核核与与子子体体核核之之间间能能量量差差增增大大时时， 衰衰变变的的竞竞争争反反应应粒粒子子发发射射的的概概率率增增加加了了，发发射射质质子子（核核子子）或或核核子子团团（粒粒子子）在此情况下是比较快的衰变类型。在此情况下是比较快的衰变类型。 + - EC衰变的通式：衰变的通式：在在- -衰变中，核中的中子转变为衰变中，核中的中子转变为质子，电荷数增加质子，电荷数增加1 1该衰变在中子过剩的核中出现，该衰变在中子过剩的核中出现，即丰中子核数易发生即丰中子核数易发生- -衰变。如：衰变。如：所在裂变产物和在反应堆中通过所在裂变产物和在反应堆中通过俘获中子所形成的放射性核
16、素即俘获中子所形成的放射性核素即属于此列属于此列可自发进行，因为在核中较重的可自发进行，因为在核中较重的中子转变成为较轻的质子，其质中子转变成为较轻的质子，其质量差以能量的形式出现量差以能量的形式出现最轻的最轻的- -放射体是自由中子。大放射体是自由中子。大约存在约存在800800种放射种放射- -的核素。的核素。在在+ +衰变和电子俘获时，质衰变和电子俘获时，质子转变为中子，核电荷数减小子转变为中子，核电荷数减小1 1+ +衰变发生在缺中子核素中，衰变发生在缺中子核素中，如通过加速器内高能入射粒子如通过加速器内高能入射粒子能核反应产生的核素能核反应产生的核素+ +衰变和电子俘获产生的子衰变和
17、电子俘获产生的子体核是相同的体核是相同的电子俘获（在通常情况下电子电子俘获（在通常情况下电子俘获发生在俘获发生在K K壳层）时伴有壳层）时伴有X X射射线：当线：当K K壳层的电子跃迁到核壳层的电子跃迁到核时，其电子壳层形成空穴，此时，其电子壳层形成空穴，此时能量较高的时能量较高的L L或或M M层上的电子层上的电子将会跃迁到将会跃迁到K K层填充空穴，同层填充空穴，同时发射出子体的特征时发射出子体的特征x x射线。射线。所以通过探测所以通过探测X X射线可以鉴别射线可以鉴别母体核素母体核素n辐射即不改变质量数也不改变原子序数，其衰变的结辐射即不改变质量数也不改变原子序数，其衰变的结果只是发射
18、能量，损失核的结合能果只是发射能量，损失核的结合能n在多数情况下，核的激发态通过发射在多数情况下，核的激发态通过发射射线跃迁到基态，射线跃迁到基态，因为初态和终态具有不连续的能量，核素去激时发射出因为初态和终态具有不连续的能量，核素去激时发射出单能单能光子，其辐射能量与频率由光子，其辐射能量与频率由E=hE=h相互关联。相互关联。5Kev5KevE E 7Mev7Mev之间，低能部分属于之间，低能部分属于x x射线的特征范围内射线的特征范围内n核激发态去激和跃迁到基态常常不是发射一个核激发态去激和跃迁到基态常常不是发射一个光子就光子就行了，而是发射多个量子即行了，而是发射多个量子即级联级联3.
19、 3. 辐射辐射内转换电子和俄歇电子内转换电子和俄歇电子n两个核态之间的能量差，即由激发态退激为基态时，其能两个核态之间的能量差，即由激发态退激为基态时，其能量不一定完全以量不一定完全以光子的形式释放，而是传递给某一壳层光子的形式释放，而是传递给某一壳层电子，使之具有一定的动能离开壳层，挣脱原子核的束缚。电子，使之具有一定的动能离开壳层，挣脱原子核的束缚。这一过程发射的单能电子称作这一过程发射的单能电子称作内转换电子。内转换电子。发生内转换的发生内转换的电子一般来自于电子一般来自于K K壳层壳层n内转换电子脱离原子束缚后留下一空穴必须由更外壳层的内转换电子脱离原子束缚后留下一空穴必须由更外壳层
20、的电子填充，多余的能量传递给同层的电子电子填充，多余的能量传递给同层的电子, ,使电子脱离核的使电子脱离核的束缚束缚, ,而发射出去而发射出去, ,这种电子即这种电子即称俄歇电子称俄歇电子4. 4. 其它衰变方式其它衰变方式自发裂变自发裂变原子核分裂成两个大小相近的碎片的过程原子核分裂成两个大小相近的碎片的过程在最生的核（在最生的核（Z90Z90，A A230230）可观察到自发裂变。至今只知道少数）可观察到自发裂变。至今只知道少数几个核素的自发裂变是其主要衰变方式。如几个核素的自发裂变是其主要衰变方式。如250250CmCm，254254CfCf，256256FmFm， 260260Ku(R
21、f)Ku(Rf)质子衰变质子衰变目前已知约有目前已知约有1010种放射性核素部分地发射质子，它们在种放射性核素部分地发射质子，它们在N=82N=82或或Z=50Z=50附附近近发射中等重量粒子的衰变发射中等重量粒子的衰变重粒子的缓发发射重粒子的缓发发射在放射性衰变过程中，一般子体核处于激发态，在放射性衰变过程中，一般子体核处于激发态，由激发态释放由激发态释放光子转换为基态，然而当所形成的激发态具有的激发光子转换为基态，然而当所形成的激发态具有的激发能大于中子或质子的结合能时，中子或质子就会被发射出来。所观察能大于中子或质子的结合能时，中子或质子就会被发射出来。所观察到的是以衰变母体核的半衰期发
22、射的中子或质子，因此把它们称作到的是以衰变母体核的半衰期发射的中子或质子，因此把它们称作延迟的中子或质子发射。如果延迟的中子或质子发射。如果衰变形成一个具有高于裂变势垒的激衰变形成一个具有高于裂变势垒的激发能的子体核，则叫做缓发核裂变。发能的子体核，则叫做缓发核裂变。引言引言同位素交换同位素交换是体系中同位素发生再分配的过程。是体系中同位素发生再分配的过程。 在体系的物理和化学状态都不变化的情况下，在不同分子间，同一分子内和不同相间，相同原子或同位素原子之间都存在同位素交换。第二节第二节 同位素交换同位素交换如如 在碘乙烷和碘离子间存在着碘同位素的交换，其结果是碘在碘乙烷和碘离子间存在着碘同位
23、素的交换，其结果是碘同位素的组分在二者之间进行重新分配。这类交换过程一般可同位素的组分在二者之间进行重新分配。这类交换过程一般可以用放射性同位素来研究，也可通过稳定同位素来研究。以用放射性同位素来研究，也可通过稳定同位素来研究。o可以研究可以研究反应速度，反应机理，催化过程，晶反应速度，反应机理，催化过程，晶体表面的性质体表面的性质，也可以用同位素交换过程将放，也可以用同位素交换过程将放射性核素引入各类化合物，这是合成各种标记射性核素引入各类化合物，这是合成各种标记化合物的有效方法之一。化合物的有效方法之一。同位素交换的研究在同位素交换的研究在放射化学基础理论放射化学基础理论和和同位素应用技术
24、同位素应用技术方面都有重要意义。方面都有重要意义。一、同位素效应一、同位素效应同位素效应同位素效应是指由于同位素质量的不同而引起的是指由于同位素质量的不同而引起的同位素在物理和化学性质上的差别。同位素在物理和化学性质上的差别。同位素的核电荷数相同，它们的化学行为没有本质的同位素的核电荷数相同，它们的化学行为没有本质的不同，仅在程度上有一些微小的差别。不同，仅在程度上有一些微小的差别。同位素效应一般是很小的，地壳中元素的同位素丰度同位素效应一般是很小的，地壳中元素的同位素丰度近似为一常数，用化学方法难以实现同位素分离，这近似为一常数，用化学方法难以实现同位素分离，这些都是表明同位素效应很小的例证
25、。同位素效应的大些都是表明同位素效应很小的例证。同位素效应的大小可以用统计热力学方法来预测（求交换的热力学平小可以用统计热力学方法来预测（求交换的热力学平衡常数）。衡常数）。同位素交换的理论预测同位素交换的理论预测双原子气体分子的同位素交换H2+D22HD可以用下列近似式计算该同位素交换反应的平衡常数：式中，mH2、mD2和mHD分子H2、D2和HD的质量； H2D2和HD分子H2、D2和HD的对称数，即分子在空间转动2复原的次数（如， H2=2D2=2、HD=1 ）； IH2、ID2和IHD分子H2、D2和HD的转动惯量； U0反应前后分子最低能级的差值（从光谱数据求得其值为656.9J/m
26、ol）; R理想气体常数； T温度，K。将相应的数据代入式中，得到K交换为4.24e-656.9/RT温度（温度（K）K交换交换（实验值）（实验值） K交换交换（计算值）（计算值）1952.952.882983.283.276703.783.78不同温度时交换平衡常数实验值与计算值不同温度时交换平衡常数实验值与计算值可以看出计算值与实验值基本一致同位素交换反应同位素交换反应K交换交换1H3H+1H2O 1H3HO+1H26.261H2+2H221H2H3.281H2+2HCl1HCl+1H2H1.4512CO32-(液)+13CO2(气) 13CO32-(液)+12CO2(气)1.01715N
27、H3(气)+14NH4+(液) 14NH3(气)+15NH4+(液)1.03435SO2(气)+H32SO3-(液) 32SO2(气)+H35SO3-(液)1.043 35Cl2+H37Cl 1/2 37Cl2+H35Cl1.003 79Br2+H81Br 1/2 Br2+H79Br 1.0004一些同位素交换反应的平衡常数（一些同位素交换反应的平衡常数（25）从上表看出，同位素质量比值与从上表看出，同位素质量比值与1 1相差愈大，则相差愈大，则平衡常数与平衡常数与1 1的偏离也愈大，即平衡时离同位素的偏离也愈大，即平衡时离同位素的均匀分配状态愈远。的均匀分配状态愈远。这说明轻元素的同位素这说
28、明轻元素的同位素效应较大。效应较大。当同位素质量当同位素质量m m3030时，同位素效应时，同位素效应明显变小。重元素的同位素效应已可忽略，这明显变小。重元素的同位素效应已可忽略，这意味着它们的化学性质近于完全相同，所以在意味着它们的化学性质近于完全相同，所以在考虑较大质量同位素化学性质时，除特殊需要，考虑较大质量同位素化学性质时，除特殊需要，暂不考虑同位素效应。暂不考虑同位素效应。二、同位素交换反应的热力学性质二、同位素交换反应的热力学性质1. 同位素交换反应的平衡常数K交换=1，正、逆反应的速度常数相等，即K正=K逆；2. 同位素交换反应的热效应QT=0，这是因为同位素完全相同的化学性质；
29、3. 同位素交换反应中正、逆反应的活化能相等，即E正=E逆，这是 因为QT= E正-E逆=0；在不考虑同位素效应的时候，一般同位素交换反应有以下几个特征在不考虑同位素效应的时候，一般同位素交换反应有以下几个特征：5. 同位素交换反应进行不伴随浓度（不是指同位素组成）的变化；6. 对大多数同位素交换反应，由于忽略了同位素在物理和化学性质上的差别，就可以用纯粹概率的方法来处理同位素交换问题。4.同位素交换反应的平衡常数与温度的变化无关，这是因为三、均相同位素交换反应的指数定律、三、均相同位素交换反应的指数定律、动力学特征及其它规律动力学特征及其它规律均相同位素交换反应中重要的基本规律均相同位素交换
30、反应中重要的基本规律在均相体系中发在均相体系中发生简单的同位素交换反应时，在原来不包含放射性核素的化生简单的同位素交换反应时，在原来不包含放射性核素的化合物中，合物中，放射性活度的增长速度放射性活度的增长速度服从指数规律，与交换反应服从指数规律，与交换反应的机理无关。一般表示为：的机理无关。一般表示为：k交换速度常数，与反应物质的浓度无关；交换速度常数，与反应物质的浓度无关；m、n和和j反应物分子数。反应物分子数。对于对于简单反应简单反应的反应级数可以根据半交换期与反应物浓度的反应级数可以根据半交换期与反应物浓度的关系来判断。反应级数不同，的关系来判断。反应级数不同，T1/2与与a、b有不同的
31、函数有不同的函数关系。关系。1.当当R=k1a时，则时，则T1/2=ln2/2k1，即半交换期与参加交换，即半交换期与参加交换的物质浓度无关，这是单分子反应的特征；的物质浓度无关，这是单分子反应的特征；2.当当R=k2ab时，则时，则T1/2=ln2/(a+b)k2，即半交换期与参加，即半交换期与参加交换的物质的总浓度成反比，这是双分子反应的特征。交换的物质的总浓度成反比，这是双分子反应的特征。而而复杂反应复杂反应要采用一般的动力学方法进行研究。要采用一般的动力学方法进行研究。四、均相同位素的交换机理四、均相同位素的交换机理1.解离机理2.缔合机理3.其它可逆化学反应的同位素交换机理4.电子转
32、移机理均相同位素交换的机理归纳为四种主要类型：AX解离机理解离机理假如两种化合物均能进行可逆的解离，生成不同同位素的同种粒子（离子、原子或自由基），那么这些化合物之间的交换符合解离机理。AX+BX*X*B+AX*BX含有含有卤素配位体的无机络合物卤素配位体的无机络合物与与卤素卤素离子的交换属此机理。离子的交换属此机理。RhRh（铑）、（铑）、IrIr（铱）、（铱）、RuRu（钌）的络合物（钌）的络合物M(NHM(NH3 3) )5 5XX2+2+与与X X- -（X X为为ClCl、BrBr、I I）的交换反应：）的交换反应：M(NH3)5X2+ X*-M(NH3)5X*2+X-液体二氧化硫中
33、液体二氧化硫中碘代叔丁烷碘代叔丁烷与与碘化钠碘化钠之间的交换：之间的交换：(CH3)3CI(CH3)3CI*+ I*-+I-实验测得其同位素交换速度R值与碘化钠的浓度无关。其交换机理可能是其交换机理可能是:(CH3)3CI(CH3)3C+I-(缓慢阶段)(CH3)3C+(CH3)3CI*+I*-(快速阶段)由热解离发生的同位素交换反应常常也属于这种机理，这时由热解离发生的同位素交换反应常常也属于这种机理，这时一种化合物在发生可逆的热解离后，与第二种化合物发生同一种化合物在发生可逆的热解离后，与第二种化合物发生同位素交换。如，位素交换。如，硫硫在在二氧化硫二氧化硫和和三氧化硫三氧化硫之间的交换：
34、之间的交换：S*O2+ SO3S*O2+ SO2+ 1/2O2S*O2+ SO3缔合机理缔合机理如果含某元素的两种化合物能够缔合成过渡状态的中间化合物，则它们的同位素交换符合缔合机理。AX + BX*ABXX*AX* + BXX-X+X*-X-X-X*X-X* +X-如如卤素和卤素离子间的同位素交换：U U4+4+与与UOUO2 22+2+之间在低酸度时的同位素交换也属于缔合交换机理，之间在低酸度时的同位素交换也属于缔合交换机理，这是根据这是根据233233U U示踪法所得反应速度方程式推导出来的。示踪法所得反应速度方程式推导出来的。类似的机构可解释铅原子在四乙铅和二氯代二乙铅之间的同位素交换
35、反应：其它可逆化学反应的同位素交换机理其它可逆化学反应的同位素交换机理解离和缔合时的同位素交换是通过可逆化学反应进行的。由解离和缔合时的同位素交换是通过可逆化学反应进行的。由含有不同同位素组成的分子参加的所有其它可逆化学过程，含有不同同位素组成的分子参加的所有其它可逆化学过程，也能产生同位素交换。也能产生同位素交换。如：甲基环已烷中的碳原子在侧链和环之间的分子内交换：放射性碳原子在重新组合可逆反应中进入环内. 应当指出,不仅原子,而且整个基团也能进行同位素交换,如,在二氧已烷中,苯基在二苯基汞与苯基溴汞之间很容易进行交换:电子交换电子交换电子从不同氧化态的某元素化合物的同位素原子上转移，电子从
36、不同氧化态的某元素化合物的同位素原子上转移，导导致该同位素重新分配，而不发生原子从一个化合物向另一个致该同位素重新分配，而不发生原子从一个化合物向另一个化合物转移。如不同氧化态的铁的化合物按以下方式进行交化合物转移。如不同氧化态的铁的化合物按以下方式进行交换：换： 铊在铊在TlClTlCl和和TlClTlCl3 3之间，铱在之间，铱在IrClIrCl6 6 2-2-和和 * *IrClIrCl6 6 3-3-之间，之间，锑在锑在* *Sb(CSb(C6 6H H5 5) )3 3和和Sb(CSb(C6 6H H5 5) )3 3ClCl2 2之间以及镎在之间以及镎在NpONpO2 2+ +和和
37、* *NpONpO2 22+2+之间之间都可以进行类似的交换。都可以进行类似的交换。五、非均相同位素交换反应动力学五、非均相同位素交换反应动力学总则总则分配在两相（气液、液液、气固）间的某种元素，在进行同位素交换时，其交换速度取决于交换原子在两相内的其交换速度取决于交换原子在两相内的扩散速度和在相界面上的交换速度。过程的总速度由最慢的扩散速度和在相界面上的交换速度。过程的总速度由最慢的阶段决定。阶段决定。如果原子在两相中的扩散速度远大于交换速度，则同位素交换是过程的限制阶段；如果交换速度远大于在一相或两相中的扩散速度，则扩散是过程的限制阶段。在同位素交换为限制阶段的情况下在同位素交换为限制阶段
38、的情况下，同位素从一相向另一同位素从一相向另一相转移的速度也遵从由均相同位素交换导出的指数定律。相转移的速度也遵从由均相同位素交换导出的指数定律。另外，当溶液（或气相）中交换原子的量很少，而固体物另外，当溶液（或气相）中交换原子的量很少，而固体物质的表面积很大时，固相中的扩散可以忽略，均相同位素质的表面积很大时，固相中的扩散可以忽略，均相同位素交换规律也能适用。交换规律也能适用。扩散速度是限制阶段的情况下扩散速度是限制阶段的情况下，以固以固- -液两相间的交换为例，液两相间的交换为例，如果原子在液相的浓度能迅速达到均匀分布，则同位素交换如果原子在液相的浓度能迅速达到均匀分布，则同位素交换速度将
39、决定于放射性原子在固相中的扩散速度。在这种情况速度将决定于放射性原子在固相中的扩散速度。在这种情况下，放射性原子在固相中的浓度是随其所在位置和时间而变下，放射性原子在固相中的浓度是随其所在位置和时间而变化的。化的。六、生物化学体系中的同位素交换六、生物化学体系中的同位素交换o在生物化学体系中的同位素交换主要为酶促反应。这类在生物化学体系中的同位素交换主要为酶促反应。这类过程比较复杂，其中多数交换反应可以用一系列连续的过程比较复杂，其中多数交换反应可以用一系列连续的反应过程来描述。反应过程来描述。习题：习题：7 7、在很少量催化剂存在下，将、在很少量催化剂存在下，将32.732.7克溴乙烷和克溴
40、乙烷和15.715.7克溴苯混合，溴苯是放射性的，其总放射克溴苯混合，溴苯是放射性的，其总放射性为性为1.0101.0107 7贝克。经过一段时间交换反应后，贝克。经过一段时间交换反应后，测定测定0.10.1克溴乙烷，具有放射性克溴乙烷，具有放射性1.0101.0104 4贝克。贝克。试求交换反应在该时刻的反应进行的百分数。试求交换反应在该时刻的反应进行的百分数。 解： 溴乙烷 a=32.7/109=0.3mol 溴苯 b=15.7/157=0.1mol 设：平衡时溴乙烷的放射性为x Bq 平衡时同位素均匀分配 解得x=7.5106 所以进行的百分数：8、 300毫克毫克C2H5Br溶于溶于4
41、0毫升乙醇后，与毫升乙醇后，与40ml 0.1MNaBr溶液混和，测得其比放射性为溶液混和，测得其比放射性为3200贝克贝克/毫升。试求在交毫升。试求在交换反应进行了换反应进行了10及及50时，溴乙烷应有多大的放射性？时，溴乙烷应有多大的放射性？解： 溴乙烷 a=300/109mmol NaBr b=400.1=4mmolt=0时 A*0=0 平衡时 同位素均匀分配 解得x=104348Bqt=时一、放射性物质在溶液中的状态和行为一、放射性物质在溶液中的状态和行为在高度稀释的溶液中，放射性核素除了以在高度稀释的溶液中，放射性核素除了以离子（分子）离子（分子）状态存在外，还能以状态存在外，还能以
42、胶体分散胶体分散状态存在。它们的行为除状态存在。它们的行为除了遵守真溶液或胶体溶液的一般物理化学规律外，还常了遵守真溶液或胶体溶液的一般物理化学规律外，还常常表现出一些特殊的规律性。常表现出一些特殊的规律性。第三节第三节 放射性在低浓时的状态和行为放射性在低浓时的状态和行为共沉淀共沉淀放射性核素由于在溶液中的浓度太低，常常不能放射性核素由于在溶液中的浓度太低，常常不能独立成相。独立成相。为了将微量的放射性核素从它所在的溶液中分离为了将微量的放射性核素从它所在的溶液中分离出来，可向溶液中加入某种常量元素的化合物，出来，可向溶液中加入某种常量元素的化合物，然后利用化学或其它方法使常量元素沉淀，当它
43、然后利用化学或其它方法使常量元素沉淀，当它形成沉淀的同时也会将微量的放射性核素从溶液形成沉淀的同时也会将微量的放射性核素从溶液中载带下来，这个过程称为共沉淀。中载带下来，这个过程称为共沉淀。1 1、共结晶共沉淀、共结晶共沉淀共共共共沉沉沉沉淀淀淀淀放射性核素分布在常量物质晶放射性核素分布在常量物质晶体内部，与常量物质形成混晶体内部，与常量物质形成混晶而一起沉淀出来。而一起沉淀出来。 微量物质分布在常量物质晶体微量物质分布在常量物质晶体的表面而一起沉淀出来。的表面而一起沉淀出来。（体积分配）（体积分配）（表面分配）（表面分配）a ) 同晶和同二晶,没有混合下限b ) 新类型混晶,存在混合下限c
44、) 反常混晶,比较反常,有的存在混合下限,有的不存在共共结结晶晶共沉淀共沉淀共结晶共沉淀：共结晶共沉淀：吸附共沉淀：吸附共沉淀：a)同晶和同二晶同晶和同二晶b)同晶同晶 化学性质相近的物质的混合物在溶液中结晶时化学性质相近的物质的混合物在溶液中结晶时, , 如能如能形成混合晶体形成混合晶体, ,并且其组成任意可变并且其组成任意可变, ,则这种混合晶体则这种混合晶体称为类质同晶称为类质同晶( (简称同晶简称同晶),),它属于真正的混晶它属于真正的混晶. .两种物质形成真正混晶的两种物质形成真正混晶的条件条件:两种物质的化学性质相似两种物质的化学性质相似; ;两种物质有相同的化学构型两种物质有相同
45、的化学构型; ;两种物质有十分相近的晶体结构两种物质有十分相近的晶体结构 同晶现象的特点是微量物质和常量物质可以以任意比同晶现象的特点是微量物质和常量物质可以以任意比同晶现象的特点是微量物质和常量物质可以以任意比同晶现象的特点是微量物质和常量物质可以以任意比例混合而形成同晶。例混合而形成同晶。例混合而形成同晶。例混合而形成同晶。例如例如BaSO4-RaSO4-H2O共晶体系就满足这三个条件共晶体系就满足这三个条件.Ba和和Ra都是都是IIA族元素族元素,化学性质相似化学性质相似; BaSO4和和RaSO4的化学构的化学构型相同型相同,Ba:S:O=Ra:S:O=1:1:4;Ba和和Ra的离子半
46、径相近的离子半径相近,而而且且BaSO4和和RaSO4均属正交晶系均属正交晶系,晶格参数相近晶格参数相近.因此因此,在在BaSO4结晶形成时结晶形成时,微量的微量的RaSO4与它形成同晶与它形成同晶.又如又如NaCl和和CsCl两种物质两种物质,虽然符合前两个条件虽然符合前两个条件,但它们属但它们属于不同的晶系于不同的晶系,不符合第三个条件不符合第三个条件,所以不能形成同晶所以不能形成同晶.同二晶同二晶不仅类质同晶能形成真正的混晶不仅类质同晶能形成真正的混晶, ,某些化学组成类似然某些化学组成类似然而晶体结构不同的物质而晶体结构不同的物质, ,在一定条件下也能形成真正的在一定条件下也能形成真正
47、的混晶。此结晶为一强制同晶混晶。此结晶为一强制同晶, ,又称同二晶。同二晶的特又称同二晶。同二晶的特点是存在混合上限点是存在混合上限( (微量物质的量不得超过某一限度微量物质的量不得超过某一限度) )超过混合上限晶体将成为两相。超过混合上限晶体将成为两相。同晶和同二晶是真正的混晶同晶和同二晶是真正的混晶, ,它们的共同特点是它们的共同特点是没有没有混合下限混合下限, ,也就是不论微量物质的浓度是多低也就是不论微量物质的浓度是多低, ,只要常量只要常量物质的浓度足以形成结晶物质的浓度足以形成结晶, ,那么那么, ,微量物质的离子微量物质的离子, ,原子原子或分子就能取代晶格中常量物质相应的离子或
48、分子就能取代晶格中常量物质相应的离子, ,原子或分原子或分子而形成混晶。子而形成混晶。例如例如硫酸锰在温度高于硫酸锰在温度高于8.6时能形成时能形成MnSO4.5H2O三斜晶系三斜晶系的的结晶结晶,硫酸亚铁在温度低于硫酸亚铁在温度低于56时能形成时能形成FeSO4.7H2O单斜单斜晶系晶系的结晶的结晶,因此因此,在在20时时,两种物质单独结晶时两种物质单独结晶时,具有不同具有不同的结晶形式的结晶形式.但是它们的混合物在结晶时却能形成真正的混但是它们的混合物在结晶时却能形成真正的混晶晶.当硫酸亚铁过量时当硫酸亚铁过量时,可得到单斜晶系的混晶可得到单斜晶系的混晶FeSO4.7H2O-MnSO4.7
49、H2O;当硫酸锰过量时当硫酸锰过量时,可得到三斜晶可得到三斜晶系的混晶系的混晶MnSO4.5H2O-FeSO4.5H2O。这一实验表明这两种物质可以形成两种类型的混晶这一实验表明这两种物质可以形成两种类型的混晶.在第一在第一种情况下种情况下,硫酸锰的结晶不以它自身稳定的结晶形式存在硫酸锰的结晶不以它自身稳定的结晶形式存在;在在第二种情况下第二种情况下,硫酸亚铁的结晶也不以自身的稳定结晶形式硫酸亚铁的结晶也不以自身的稳定结晶形式存在存在.这是一种强制同晶的现象这是一种强制同晶的现象,又称同二晶现象。又称同二晶现象。形成同二晶的原因是形成同二晶的原因是,纯的常量物质和微量物质的稳定结构纯的常量物质
50、和微量物质的稳定结构虽然不同虽然不同,可是微量物质在一定条件下能形成一种可是微量物质在一定条件下能形成一种介稳态介稳态变变体体MnSO4.7H2O以适应以适应FeSO4.7H2O的结构。的结构。b ) b ) 新类型混晶新类型混晶除了真正的混晶,还有些化合物也能形成混晶,它们不是化学类似物,但它们的正、负离子半径比较相近，因而晶体结构很接近。如：NaNO3和CaCO3；BaSO4和KMnO4；BaSO4和KBF4等也能形成混晶。微量物质不是以离子、原子状态进入晶格，而是以分子或微量物质不是以离子、原子状态进入晶格，而是以分子或小的晶格单位进入晶体的小的晶格单位进入晶体的新类型混晶。新类型混晶。
51、如如在含有微量在含有微量KMnO4的硫酸钡溶液中，的硫酸钡溶液中，BaSO4结晶形成时，结晶形成时，在在BaSO4晶体表面上，晶体表面上，K+和和MnO4-同时被吸附生成同时被吸附生成KMnO4晶格的小组合体；又因晶格的小组合体；又因KMnO4和和BaSO4晶格的大小相近，晶格的大小相近，因此，两者可以形成混晶。但由于因此，两者可以形成混晶。但由于KMnO4必须先形成晶胞必须先形成晶胞（组成晶体的最小单位）而后进入（组成晶体的最小单位）而后进入BaSO4晶体，因此，对晶体，因此，对KMnO4来说存在着来说存在着混合下限混合下限c ) c ) 反常混晶反常混晶从实验发现，某些化学性质不相似，而且
52、结晶结构也不相从实验发现，某些化学性质不相似，而且结晶结构也不相似的两种物质也会形成混晶。这类混晶称为反常混晶。似的两种物质也会形成混晶。这类混晶称为反常混晶。有的反常混晶存在混晶下限，有的不存在。所以反常混晶有的反常混晶存在混晶下限，有的不存在。所以反常混晶是几类混晶中发现得最多的一类，微量物质可能是以复杂是几类混晶中发现得最多的一类，微量物质可能是以复杂的络离子形式参加到晶体中；亦可能是由于常量晶体在生的络离子形式参加到晶体中；亦可能是由于常量晶体在生长时不断地吸附微量物质；或将母液包入晶体等原因而形长时不断地吸附微量物质；或将母液包入晶体等原因而形成反常混晶的。成反常混晶的。根据实验条件
53、，同晶和同二晶的共结晶过程可以导致微量根据实验条件，同晶和同二晶的共结晶过程可以导致微量物质在结晶固体内的均匀分配或非均匀分配。物质在结晶固体内的均匀分配或非均匀分配。如如 NH4Cl与与MnCl2形成混晶时，可能是由于生成了与形成混晶时，可能是由于生成了与NH4Cl晶格相似的晶格相似的2NH4ClMnCl22H2O络合物而形成络合物而形成混晶的。混晶的。又如又如NH4Cl-MCl3-H2O(其中其中M为为Fe3+、Cr3+)； MF3-MF2-H2O (其中其中M为为Y3+、La3+，M为为Ca2+、Ba2+、Ra2+)；M(NO3)2-次甲基蓝次甲基蓝-H2O(其中其中M为为Pb2+、Ba
54、2+)；AmO2+-K4UO2(CO3)2；Pu4+-La2(C2O4)39H2O等等2 2、放射性核素的吸附、放射性核素的吸附放射性核素在离子晶体上的吸附放射性核素在离子晶体上的吸附离子晶体上的吸附一级吸附一级吸附一级电势形成吸附一级交换吸附被吸附离子进入吸附剂表面的晶格里二级吸附二级吸附被吸附离子不进入吸附剂表面的晶格，而停留在紧挨晶体表面的溶液层中内吸附过程使被吸附的核素进入晶体内部，是由于微量物质不断地吸附在正在生长的晶体表面上，或吸附在晶体内部的裂缝和毛细管中造成的。内吸附内吸附放射性核素在无定形沉淀上的吸附和共沉淀放射性核素在无定形沉淀上的吸附和共沉淀在放射化学分离过程中，广泛使用
55、无定形沉淀吸附放射性核素，或用它们使放射性核素共沉淀。由于无定形沉淀都有相当大的比表面和低的溶解度，因此它们有很大的吸附容量。无定形沉淀的吸附无定形沉淀的吸附离子交换吸附化学吸附分子吸附无定形物质的共沉淀无定形物质的共沉淀吸附共沉淀胶体共沉淀放射性物质在放射性物质在玻璃上的吸附玻璃上的吸附不发生水解的元素，玻璃对它的吸附量随溶不发生水解的元素，玻璃对它的吸附量随溶液液pHpH值的增加而有规律地增加。值的增加而有规律地增加。易发生水解而形成胶体的元素，它们在玻璃易发生水解而形成胶体的元素，它们在玻璃上的吸附量随溶液上的吸附量随溶液pHpH值的增加而具有一个极值的增加而具有一个极大值。大值。以阴离
56、子状态存在的元素，只受范德华力以阴离子状态存在的元素，只受范德华力作用，因此它在玻璃上的吸附量很低。作用，因此它在玻璃上的吸附量很低。为减少和避免玻璃表面对放射性核素的吸附，可以为减少和避免玻璃表面对放射性核素的吸附，可以采用下面方法：采用下面方法： 选择适宜的酸度条件； 加入放射性核素的稳定同位素作反载体反载体进行稀释； 将玻璃器壁用二氯二甲基硅烷或其它憎水剂进行预处理。3 3、放射性核素的电化学、放射性核素的电化学放射性核素在低浓状态的电化学行为有以下一些特点：放射性核素在低浓状态的电化学行为有以下一些特点：a)在高度稀释的溶液中，有许多因素会改变放射性核素在高度稀释的溶液中，有许多因素会
57、改变放射性核素的存在状态，如放射性核素在玻璃器壁和杂质上的吸的存在状态，如放射性核素在玻璃器壁和杂质上的吸附；放射性核素与溶剂或其它杂质起反应而生成难溶附；放射性核素与溶剂或其它杂质起反应而生成难溶的水解产物，这些现象有可能完全改变它们的正常电的水解产物，这些现象有可能完全改变它们的正常电化学行为；化学行为；b)由于放射性核素的浓度很低，在发生电沉积时，它们由于放射性核素的浓度很低，在发生电沉积时，它们在电极表面上常常不足以形成单分子覆盖层，这是放在电极表面上常常不足以形成单分子覆盖层，这是放射性核素电化学过程的一个重要特征；射性核素电化学过程的一个重要特征；c)溶液中的放射性核素处于低浓状态
58、时，就不能采用通溶液中的放射性核素处于低浓状态时，就不能采用通常的极化曲线方法，即利用电流密度的变化来测定放常的极化曲线方法，即利用电流密度的变化来测定放射性核素的沉积电势。因为这时其它成分如溶剂的离射性核素的沉积电势。因为这时其它成分如溶剂的离解或溶解的氧等产生的电流比放射性核素的放电电流解或溶解的氧等产生的电流比放射性核素的放电电流大得多；大得多；d)如果溶液中的放射性核素具有很高的比活度，那么，如果溶液中的放射性核素具有很高的比活度，那么，由于射线对电极和溶剂等的辐射作用，也会对其电化由于射线对电极和溶剂等的辐射作用，也会对其电化学行为产生显著影响。学行为产生显著影响。4 4、放射性胶体
59、、放射性胶体19121912年潘聂特在实验中发现年潘聂特在实验中发现RaD(RaD(210210Pb)Pb)、RaE(RaE(210210Bi)Bi)和和RaF(RaF(210210Po)Po)的硝酸盐溶液的渗析行为与溶液的酸度有密切关的硝酸盐溶液的渗析行为与溶液的酸度有密切关系。当溶液为酸性时，三种核素均可透过半透膜，当溶液系。当溶液为酸性时，三种核素均可透过半透膜，当溶液为中性时，只有为中性时，只有RaDRaD可以透过，当溶液为碱性时，三种核可以透过，当溶液为碱性时，三种核素均不能通过。由此可知，在中性溶液中素均不能通过。由此可知，在中性溶液中RaERaE和和RaFRaF粒子半粒子半径大于
60、半透膜孔的半径，它们是以胶体状态存在的。在碱径大于半透膜孔的半径，它们是以胶体状态存在的。在碱性条件下，性条件下，RaDRaD、RaERaE和和RaFRaF均以胶体状态存在，故不能穿均以胶体状态存在，故不能穿过半透膜。过半透膜。a)放射性胶体放射性胶体（1-100nm）的形成及类型的形成及类型大量研究表明，在低浓溶液中放射性核素可以以真溶液状态大量研究表明，在低浓溶液中放射性核素可以以真溶液状态存在，也可以以胶体状态存在。存在，也可以以胶体状态存在。如如: :在浓度为在浓度为1010-9-9M M的溶液中，的溶液中，PoPo、ThTh、BeBe、MgMg、LaLa、Y Y、TiTi、ZrZr、
61、SnSn、PbPb、NbNb、BiBi、PdPd等元素均能形成胶体。等元素均能形成胶体。放放射射性性胶胶体体由于放射性核素的浓度太低，溶液中的微量由于放射性核素的浓度太低，溶液中的微量放射性核素在生成难溶化合物时，不足以形放射性核素在生成难溶化合物时，不足以形成沉淀，而形成一些直径为成沉淀，而形成一些直径为1010-9-9米数量级的米数量级的聚集体，这些聚集体分散在溶剂中形成胶体，聚集体，这些聚集体分散在溶剂中形成胶体，这种胶体称为放射性真胶体。这种胶体称为放射性真胶体。溶液中的放射性核素吸附在杂质胶粒上而形溶液中的放射性核素吸附在杂质胶粒上而形成的胶体称为放射性假胶体。成的胶体称为放射性假胶
62、体。放射性放射性真胶体真胶体放射性放射性假胶体假胶体b)影响放射性胶体形成的因素影响放射性胶体形成的因素放射性核素生成难溶化合物的能力；放射性核素生成难溶化合物的能力；溶液的酸度；溶液的酸度；杂质粒子的影响；杂质粒子的影响；溶剂的性质、存在的电解质、溶液的保存时间和贮溶剂的性质、存在的电解质、溶液的保存时间和贮存容器等的影响。存容器等的影响。c)研究放射性胶体的方法研究放射性胶体的方法在渗析或超过滤时，不能透过半透膜，或透过能力降低；在渗析或超过滤时，不能透过半透膜，或透过能力降低；扩散速度降低；扩散速度降低；在电解质的作用下，能发生凝聚或胶溶现象；在电解质的作用下，能发生凝聚或胶溶现象；在加
63、速力场（重力或超离心力）的作用下，能够沉降；在加速力场（重力或超离心力）的作用下，能够沉降；在共结晶、吸附和电化学行为方面，离子交换、萃取和同在共结晶、吸附和电化学行为方面，离子交换、萃取和同位素交换能力方面有反常行为。位素交换能力方面有反常行为。根据放射性胶体的特性确定研究方法。根据放射性胶体的特性确定研究方法。放射性胶体的特点：放射性胶体的特点：主要研究方法主要研究方法渗析法、扩散法、吸附法、超过滤法、超离心法放射性胶体研究的专用方法自射线照相法二、放射性物质在气体中的行为二、放射性物质在气体中的行为大气中存在少量的放射性物质大气中存在少量的放射性物质,它的主要来源有它的主要来源有:大气中
64、宇宙射线引起的核反应产物14C和3H等;大气层核爆炸带来的放射性散落物;核工业设施排放的放射性废气;铀、钍矿逸出的氡气及其衰变子体；放射化学工作场所内,放射性物质也会通过各种途径进入空气(放射性气体逃逸;加热或蒸发溶液时放射性物质进入空气;粉尘操作;因核衰变过程的反冲效应而使放射性物质进入气相等因而造成实验室、车间和环境的污染）。如如PoPo、PuPu、AmAm等强等强放射性固体物质具有群体反放射性固体物质具有群体反冲现象冲现象核衰变时反冲原子和夹带的放射性核衰变时反冲原子和夹带的放射性原子同时进入气相。原子同时进入气相。气相中的放射性核素可以以分子状态存在气相中的放射性核素可以以分子状态存在
65、,也可以以气溶胶状态存在也可以以气溶胶状态存在放射性气溶胶放射性气溶胶放射性气溶胶是放射性核素以极小微粒（1-100nm）形式分散在空气中形成的。气溶胶的气溶胶的形成方式形成方式放射性核素的分子或原子形成聚集体而悬浮于空气中；放射性核素的分子或原子形成聚集体而悬浮于空气中；放射性核素吸附在气体的杂质微粒上。放射性核素吸附在气体的杂质微粒上。气溶胶的气溶胶的特点特点放射性气溶胶微粒带有电荷，因此可以用静电场来收集它；放射性气溶胶微粒带有电荷，因此可以用静电场来收集它；气溶胶中的核素会因衰变或核反冲逸出而减少，因此放射性气溶胶中的核素会因衰变或核反冲逸出而减少，因此放射性气溶胶粒子随时间增长而逐渐
66、减小；气溶胶粒子随时间增长而逐渐减小；放射性气溶胶具有强的电离效应，当它经呼吸道进入人体内放射性气溶胶具有强的电离效应，当它经呼吸道进入人体内时，这些胶粒放射的射线能使体内的水分子或其它分子发生时，这些胶粒放射的射线能使体内的水分子或其它分子发生激发电离，引起生物效应而造成伤害。激发电离，引起生物效应而造成伤害。三、放射性物质在固体上的行为三、放射性物质在固体上的行为在固体物质中，由核衰变或核反应生成的放射性子体，因核反冲的缘故，将在固体物质中穿行一定的路程。最后，反冲核可能处于不同的氧化态，在晶体中重新占据晶格结点的位置；或者卡在晶格结点之间。由于它们在晶体中所处环境不同，行为也就不同，离开了结点的原子，处于比较自由的状态，它能扩散到晶体表面或晶体间的缝隙中。研究放射性核素在固体中状态的常用方法有浸出法和穆斯堡尔谱（Mssbauer spectroscopy）法。
