,當鈾原子核發生「α衰變」之后,就會一次性減少兩個質子和兩個中子,其原子序數就會減2,進而轉變成90號元素——釷,比如說鈾-238在發生「α衰變」之后,就會轉變成釷-234。
正如我們所知,地球的「年齡」大約為45.5億年,那麼問題就來了,既然鈾不停地衰變,那為何在45.5億年后地球上還有鈾呢?其實這很好理解。
鈾原子核總是會趨向于衰變,并不代表它馬上就會衰變,這其實是有機率的。對于單個鈾原子核而言,它何時衰變是不確定的,也就是說,它有可能在1秒鐘后就發生衰變,也有可能在1億年之后才會衰變,但如果觀測到的鈾原子核數量足夠多,它們的衰變就具備了明顯的規律。
這里就需要提到「半衰期」的概念了,我們可以將其簡單地理解為:一大堆放射性元素的原子核有一半發生衰變所經歷的時間。
舉個例子,假設有一種放射性元素的半衰期為1秒,那麼我們觀測2億個這樣的原子核的時候,只需要1秒,就有1億個原子核會發生衰變,而在下一秒,剩下的1億個之前沒有衰變的原子核中又有5000萬個會發生衰變,隨著時間的推移,這些原子核就會不斷地「減半」,直到其數量小到不再具有統計意義。
相關研究表明,在地球上自然存在的鈾只有鈾-238、鈾-235和鈾-234這三種同位素,它們的衰變類型都是「α衰變」,其中鈾-238的半衰期最長,大約為44.68億年,也就是說,在經歷了45.5億年之后,地球上的鈾-238其實只衰變了差不多一半。
相對而言,鈾-235和鈾-234的半衰期更短,分別為大約7.04億年和24.55萬年,不過在45.5億年的時間里,它們的「減半」次數還不足以讓它們在自然界中消失殆盡,只是它們的相對豐度要比鈾-238更低,測量數據表明,地球上的鈾-238、鈾-235和鈾-234的相對豐度分別為99.2742%、0.7204%和0.0054%。
簡單總結一下就是:雖然鈾不停地衰變,但是由于鈾有三種同位素的半衰期都相對較長,以至于在45.5億年后的地球上,我們仍然可以發現它們的蹤跡。
值得一提的是,宇宙中的鈾元素其實都是在超新星爆發、中子星碰撞這樣的高能事件中產生的,在經歷了漫長的時間之后,它們中的極小一部分才來到地球,所以地球上的鈾其實比我們想象中的還要古老,在來到地球之前,它們其實已經衰變了很長時間了。
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