为了纪念居里（Curie）夫妇对放射性研究做出的杰出贡献，便以他的名字居里作为放射性强度的单位。若某一放射源每秒钟能产生3.7×1010次原子核衰变，它的放射性强度就规定为1个居里（Ci）。这个单位太大，有时使用起来太不方便；小一些的单位还有毫居里（mCi）（1毫居里=3.7×107次／秒）、微居里（μCi）（1微居里=3.7×104次／秒）。国际单位制中，放射性强度的单位使用贝克勒尔（Becguerel），通常简称为贝克（Bg），一个放射源每秒钟产生一次原子核衰变，就是一个贝克（Bg）。显见，1居里（Ci）=3.7×1010贝克（Bg）。放射性强度单位对于测量一个放射源的放射性强弱有着重要的意义。
衰变链
某一种具有放射性的核素A，衰变以后，变成了一个新的、但仍具有放射性的核素B；核素B继续衰变，又产生了一个具有放射性的核素C……这样持续下去，直到衰变为一个稳定的核素而终止，形成了一个衰变系列，即A→B→C→…→稳定核素，比如铅（Pb）。相邻的两个核素称为母核和子核，如A为母核，B就是子核。连续衰变中产生的核素构成一个“大家族”，这样形成的放射性系列又称为放射系。
目前自然界中存在有4个放射系或称衰变链。其中3个属于天然放射性系列，1个属于人工产生的放射性系列。这4个放射系有许多共同的特征，参看图5-7、5-8、5-9、5-10。
（1）每个放射系都起源于一个半衰期很长的重核素，称为始祖。
它们分别是铀-238（23892U）、钍-232（23290Th）、钚-241（24194Pu）。
（2）各放射系的母核经过α衰变或β衰变以后形成了子核。
（3）各放射系经过一系列的衰变后，形成一个非常稳定的核素，它们分别是铅-206（20682Pb）、铅-207（20782Pb）、铅-208（20882Pb）、铋-209（20983Bi）。
（4）各放射系核素的质量数A分别满足下列关系式：
A=4n+2，4n+3，4n+4，4n+1
n取正整数。
为了便于比较这4个放射系的基本情况，有关内容列表如下：
人工放射系的各个核素都是通过人工方法制造出来的。这个放射系的始祖元素是钚，它的半衰期只有14年。而其中的镎元素（23793Np）半衰期最长，为2.14×106年，于是就以这个元素的名字命名这个放射系，称为镎系。人类生活的地球，至今已存在了46亿年。因此，镎系中除了稳定的核素铋外，其余的各放射性核素在地球上早已不存在了。由于近代工业的发展，科学技术的进步，通过人工的方法才发现了这一重要的放射系。最早是1935年由居里夫妇等人发现的，全部收集的数据直到1947年才公布于世。
典型的衰变方式
放射性核素进行衰变时主要有3种类型的衰变方式：
（1）α衰变
一个放射性核素放出一个α粒子而变成另一个核素的过程，称为α衰变，这是1899年发现的一种核现象。在α衰变过程中，衰变以前的母核与衰变以后的子核和α粒子的质量数、电荷数是保持不变的。这种过程的衰变方程式表示为：
AZXA-4Z-2Y+42He（α）
大写字母X表示母核，A是母核的质量数，Z是母核的电荷数；大写字母Y表示子核。母核放射出一个α粒子以后，它的质量数减少4，电荷数减少2。因此，生成的子核质量数便为（A-4），电荷数便为（Z-2）。α称为出射粒子。例如：
22688Ra22286Rn+42He（α）
23292U22890Th+42He（α）
每经过一次α衰变，母核的质量数减少4，电荷数减少2。于是，产生的子核在元素周期表中的位置比母核向左移动了两个格：母核与子核的这种关系称为位移定则。掌握这条规律，对于正确书写衰变方程式，利用元素周期表由母核确定子核，或反过来，由子核推断母核都是非常重要的。
（2）β-衰变
放射性核素放出一个β-粒子变成另一个核素的过程，称为β-衰变，这也是1899年观察到一种核现象。在β-衰变过程中，母核的质量数不变，而电荷数减少1。因此，生成的子核在元素周期表中的位置比母核向右移动1格。β-衰变过程的方程式一般表示为：
AZXAZ+1Y+0-1e（β-）
例如
2712Mg2713Al+o-1e（β-）
21483Bi21484Po+o-1e（β-）
（3）γ衰变
放射性核素经过α衰变或β衰变时，产生的子核往往处于能量很高的状态，这些状态称为激发态。处于激发态的子核是不稳定的，当它由激发态向较低的能量状态跃迁时也要发射光子。由于原子核内能级的间隔要比原子内能级的间隔大很多，因此，发射出光子的能量非常高，可达到几万电子伏，甚至十几兆电子伏（1兆电子伏等于100万电子伏），通常称这种高能量的光子为γ光子或叫做γ射线。原子核发射γ射线时，母核的质量数、电荷数都没有发生改变。于是，子核与母核在元素周期表中的位置是一样的，只是它们的能量不同而已。
例如，钴-60（6027Co）经过β-衰变，生成的子核镍-28（6029Ni）处于激发态，当它向低能级跃迁时就会发射出γ射线，其能量有两个数值，今别为1.17兆电子伏和133兆电子伏。过程参看图5-11。钴-60是典型的γ射线源，在医疗等方面有着广泛的应用。
放射性的应用
具有放射性的核素在科学研究和许多其他方面有着广泛的应用，这是人类和平开发利用原子能的一个重要领域，主要表现在三个方面：
（1）示踪原子
同一种元素具有放射性的同位素与非放射性同位素，它们的化学性质是完全相同的。因此，为了研究某种物质在物理、化学或生物过程中的变化与作用情况，往往在非放射性元素中加入一些放射性同位素，由于这些元素能够不断地向外放出射线，很容易用仪器探测出来。这样，利用放出的某种射线作为标记，从而显示出变化和作用过程的“踪迹”。这种方法叫做示踪原子法，掺入的具有放射性的原子称为示踪原子。
在农业方面，利用示踪原子可以研究给植物施肥的效果、农药的使用方法及害虫活动的一些规律。比如，在棉花成熟期，把含有放射性3215P的磷肥施在棉花的根部，这是古老的传统的一种施肥方法、祖祖辈辈沿用至今。对施肥效果的实际测量中发现，在棉株中放射性磷很少，表明在这个时期将肥料用在根部效果不好。于是，有人提出根外施肥的方法，将磷肥喷洒在叶子上。结果发现，很快就在棉株中测量到比较强的放射性，显示出这种根外施肥方法的优越性。这是放射性应用在农业上一项非常突出的成果，如今已被广泛使用。
在工业方面，示踪原子的应用也是多方面的。诸如机械磨损情况的检验，了解混合物中各种成分的分布情况，半导体生产中杂质含量的测定及杂质扩散情况的分析，流体流动速度的测定等。例如，地下管道中的石油或水的流速不便于直接测量。假若在液体中掺入少量的具有放射性的溶液，用探测器在相距一定间隔的两个固定点跟踪测定液体的进程，便很容易测得流体的速度。
在医学方面，利用示踪原子检查人体各部分组织的功能及病变情况，研究药物在人体内的吸收情况等更是常见的事情。比如，在肿瘤患者的食物中掺入微量的磷-32。病人食用后，肿瘤所在位置探测的放射性强度比周围要强得多，依此，便可确定肿瘤的位置与大小，病人不会有任何痛苦的感觉。同时，对于手术的实施是非常有益的。
（2）射线的应用
射线的穿透本领、电离作用以及由它们引起的一些化学效应和生物效应在工业、农业等方面可以直接加以运用，给生产和人们的生活带来了极大的方便，造福了人类。
在工业生产中，利用射线可以测定产品的厚度、探测产品的伤痕和砂眼，可以用于静电除尘等方面。比如，利用γ射线探伤仪可以检查金属材料或制品的内部伤痕。当γ射线穿过金属时，根据对射线的吸收和散射的不同情况，分析“诊断”金属内部是否存在裂缝、气孔等缺陷，而且还能准确地判断出它们的位置和大小。在金属加工过程中，也可以利用射线穿过金属板的强度变化情况，来自动检查和控制金属板的厚度。化纤、纺织生产中，利用射线使空气电离作用，可以中和掉聚集在物品上的电荷，保证生产安全正常进行。
在农业方面，利用射线的生物效应进行辐射育种，可以提高发芽率，促进作物早熟，还可以培育优良品种。例如，用一定强度的γ射线照射水稻的种子，就可能得到变异的后代，从中选出良好的种子，再经过几代培育，可以获得高产、抗病虫灾害能力强、成熟比较早的优良品种。若用射线照射谷物，可以防止谷物发芽，能够长期贮存。其他如水果、蔬菜等用一定强度的射线照射后，能够防腐，起到保鲜的作用。
在医疗上，利用射线照射可以杀菌、消毒；可以用来治疗甲状腺亢进；利用射线可以抑制或杀死癌细胞，是治疗肿瘤的重要方法和手段。
放射性衰变规律的应用
（1）利用放射性可以推断地质年代
地壳中一些重核素，如铀-235、铀-238等，具有很长的半衰期，它们衰变得非常缓慢，几十亿年过去了，至今仍能在地壳中找到它们。因此，利用这些重核素放射性衰变的特征和规律，可以比较准确地判断地球存在的年代。
例如，铀-238（238U）在岩石中经过一系列的β衰变或β衰变，最后变成了非常稳定的核素铅-206（20682Pb）。假定在岩石形成时，单位质量中含有铀-238的个数用N0表示。经过漫长岁月的衰变，到如今，岩石里面每单位质量中没有衰变的铀-238的个数用N表示，铅-206的个数用N表示。中间的衰变产物由于半衰期都比较短，经过久远的年代，存在的数量非常少，同N与N′相比完全可以忽略。于是有
N0≈N+N′
而
N=N0e-λt
化简后得到关系式
t=1λln（1+N′N）
铀-238的衰变常数λ是已知的。只需测量出岩石中N与N‘的数值，代入上式中，便很容易计算出地球存在的年龄。运用这种方法，计算出来的最古老的岩石年龄长达3×109年，这就是通常人们所谈的地球的年龄。宇宙大爆炸以后，地球形成至今已经历了46亿年了。在这漫长的岁月中，我们的地球几经磨难，几经沧桑，才逐渐变成今天这样美景。人人都应珍惜她、爱护她，用我们的双手把她建设得更好，装扮得更美，为人类生存创造出更灿烂的明天！
（2）考古工作中的应用
具有放射性的核素碳-14（146C），在考古工作中常常用来鉴定古生物的年代。碳-14的半衰期为5730年。在空气中碳-14与稳定的核素碳-12（126C）含量的比值为1.21012。大气中的二氧化碳（CO2），在生物的新陈代谢过程中不断被吸收和放出。因而，生物体内碳-14与碳-12含量的比值应与空气中相同。当生物死亡后，新陈代谢也就停止了。这样，生物体内的碳-14由于不断衰变，含量就会逐年减少，使得死亡的生物体内碳-14与碳-12的含量比值也必然减少。假定生物活着的时候，碳-14的个数为N0，碳-12的个数为，那么有
N0/N′0=1.2/1012
而出土后的古生物体内，这两种元素的个数分别用N与N′表示。由于碳-12非常稳定，不论生物体活着还是死亡，体内碳-12的含量是保持不变的，也就是有
N′=N′0
依据放射性衰变规律得到
N0/N′0=N0e-λt/N0′
整理后为
t=1λln（1.2N′1012N）
碳-14的衰变常数λ是已知的，只需测定出古生物遗骸中N′／N的比值，利用上面公式，便可计算出古生物生存的年代。
例如，1972年，在湖南长沙发掘的马王堆一号墓，利用出土的陪葬品梅核壳作样品来鉴定这座古墓的年代。通过上面公式推算出的年代为公元前165年，这一计算结果与有关文字记载的年代仅差30年。
放射性有着广泛的应用，这是对人们有利的一面，但由于各种射线对人体的细胞组织有一定的破坏作用，因此，人们受到过量的照射，就会给身体健康带来影响，严重的还会导致死亡。为避免受到伤害，应注意防护，增强自我保护意识。
点金术
要揭开原子核神密的面纱，侦察内部的结构、性质及其运动规律，就必须变革原子核。如何实现呢？途径主要有两个：一个就是我们前面已经介绍过的，通过原子核的自发衰变，来研究原子核内部的情况；另一个途径，我们可以主动出击，利用具有一定能量的粒子作为炮弹轰击原子核，迫使它变革，原子核这种人为的变化过程叫做核反应。历史上第一个实现人工核反应是80多年前，由著名的物理学家卢瑟福来完成的。
1919年，卢瑟福以氮原子核当靶子，用天然放射性元素钋（21284PO）放射出的α粒子当炮弹轰击靶核。经过大量的实验，观察到其中有五分之一的α粒子与靶核发生了作用。产生了以下的核变化过程：
42He+147N178O+11H
氮原子核被α粒子打击后，变成了一个性质与氮原子核完全不同的新原子核——氧原子核，同时还产生了一个氢原子核。这是一个非常了不起的、破天荒的重大发现。人类在很早以前，就一直幻想把一种元素“炼成”另一种元素，即所谓“点金术”。卢瑟福首次通过实验完成了元素的人工转变，这也是有史以来，第一次用人工的方法实现了“点金术”，把人们的夙愿变成了现实。
卢瑟福做实验的装置如图5-12所示。A是一个密封的容器，α粒子放射源R放在可以左右移动的支架上，位置由刻度尺D表示。B是银箔，S是荧光屏，M是观察镜。C是气体进、出口，可以将气体灌入，也可以将气体抽出。R与B之间的距离刚好满足这样的条件：当容器内没有充气体，或者充有氧气（O2）、二氧化碳（CO2）时，银箔刚好能阻挡住由放射源射出的α粒子。由于α粒子打不到荧光屏上，观察镜自然看不到闪光。卢瑟福先后将不同的气体充入容器进行实验，当他把氮气充入时，却观察到了荧光屏上许多的闪光，表明已有粒子穿过银箔打在荧光屏上。当然，这种粒子一定不是α粒子。实验中观察到的这种现象说明，放射源发射出的α粒子，首先与氮原子核相碰，从而产生了一种能够穿透银箔的高能量的粒子，这种粒子打到荧光屏上引起闪光。为了确定这种新粒子的性质，卢瑟福让它通过电磁场，由测出的电荷与质量，可以确认引起闪光的粒子就是氢原子核，并命名为质子，用字母p表示。这是人类历史上第一次发现质子的实验。质子的发现，为人们逐步揭开原子核内部的密秘，迈出了非常可喜的一步，具有里程碑的意义。
原子核整个变化的过程，利用云雾室这种探测装置，可以清楚地观察到α粒子、新产生的氧原子核以及射程很长的质子的径迹。
