铀为什么会衰变？铀不停地衰变，为何在45.5亿年后地球上还有铀？
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铀是人类利用核能的重要原料 ， 也是一种会发生衰变的放射性元素 ， 铀为什么会衰变呢？这就要从原子的微观结构讲起了 。
众所周知 ， 原子是由原子核和电子构成 ， 而原子核则是由一定数量的质子和中子构成 。 在拥有多个质子的原子核的内部 ， 存在着两种力量的较量 ， 其中的一方是强相互作用力 ， 其作用是将质子和中子结合在一起 ， 另一方则是电磁力 ， 由于质子都带正电 ， 因此当原子核内存在着多个质子时 ， 它们之间就会产生排斥力 。
强相互作用力是宇宙四大基本力中最强的一种 ， 但这种力却是一种短程力 ， 其作用距离仅为10^（-15）米 ， 相比之下 ， 电磁力却是长程力 ， 从理论上来讲 ， 其作用距离是无限的 ， 而这也就意味着 ， 质子之间的排斥力是可以叠加的 ， 而强相互作用力却只能“单打独斗” 。
正因为如此 ， 当原子核内部的质子数量达到一定程度的时候 ， 质子之间的排斥力就可以达到足以抗衡强相互作用力的强度 ， 于是原子核就会变得不稳定 。
实际上 ， 铀原子核就是属于这种情况 ， 铀是我们能够在自然界中找到的最重元素 ， 其原子序数为92 ， 也就是说 ， 在铀原子核之中的质子数量高达92个 ， 拥有如此多的质子 ， 铀原子核当然也就不稳定了 ， 而这就是铀会发生衰变的原因 。
我们知道 ， 宇宙万物都会自发地趋向于稳定状态 ， 铀原子核当然也不例外 ， 那如何才能让自己更稳定呢？一个最有效的途径就是减少自己的质子数量 。
然而对于铀原子核这种拥有大量质子和中子的重原子核来讲 ， 想要单独释放质子几乎是一件不可能的事情 ， 因为在重原子核的内部存在着一种“结团效应” ， 简单来讲就是 ， 在重原子核的内部 ， 质子和中子并没有均匀分布 ， 而是结合成一团一团的 ， 其中最容易结成的团就是由两个质子和两个中子构成的“α结团” 。
所以铀原子核就总是会趋向于向外释放出一个“α结团” ， 是的 ， 这就是我们常听到的“α衰变” ， 当铀原子核发生“α衰变”之后 ， 就会一次性减少两个质子和两个中子 ， 其原子序数就会减2 ， 进而转变成90号元素——钍 ， 比如说铀-238在发生“α衰变”之后 ， 就会转变成钍-234 。
正如我们所知 ， 地球的“年龄”大约为45.5亿年 ， 那么问题就来了 ， 既然铀不停地衰变 ， 那为何在45.5亿年后地球上还有铀呢？其实这很好理解 。
铀原子核总是会趋向于衰变 ， 并不代表它马上就会衰变 ， 这其实是有概率的 。 对于单个铀原子核而言 ， 它何时衰变是不确定的 ， 也就是说 ， 它有可能在1秒钟后就发生衰变 ， 也有可能在1亿年之后才会衰变 ， 但如果观测到的铀原子核数量足够多 ， 它们的衰变就具备了明显的规律 。
这里就需要提到“半衰期”的概念了 ， 我们可以将其简单地理解为：一大堆放射性元素的原子核有一半发生衰变所经历的时间 。
举个例子 ， 假设有一种放射性元素的半衰期为1秒 ， 那么我们观测2亿个这样的原子核的时候 ， 只需要1秒 ， 就有1亿个原子核会发生衰变 ， 而在下一秒 ， 剩下的1亿个之前没有衰变的原子核中又有5000万个会发生衰变 ， 随着时间的推移 ， 这些原子核就会不断地“减半” ， 直到其数量小到不再具有统计意义 。
相关研究表明 ， 在地球上自然存在的铀只有铀-238、铀-235和铀-234这三种同位素 ， 它们的衰变类型都是“α衰变” ， 其中铀-238的半衰期最长 ， 大约为44.68亿年 ， 也就是说 ， 在经历了45.5亿年之后 ， 地球上的铀-238其实只衰变了差不多一半 。
相对而言 ， 铀-235和铀-234的半衰期更短 ， 分别为大约7.04亿年和24.55万年 ， 不过在45.5亿年的时间里 ， 它们的“减半”次数还不足以让它们在自然界中消失殆尽 ， 只是它们的相对丰度要比铀-238更低 ， 测量数据表明 ， 地球上的铀-238、铀-235和铀-234的相对丰度分别为99.2742%、0.7204%和0.0054% 。
简单总结一下就是：虽然铀不停地衰变 ， 但是由于铀有三种同位素的半衰期都相对较长 ， 以至于在45.5亿年后的地球上 ， 我们仍然可以发现它们的踪迹 。
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