核化學

提示：此條目頁的主題不是輻射化學或放射化學。

核化學（英語：Nuclear chemistry，又稱為核子化學）是研究穩定和放射性原子核的反應、性質、結構、分離、鑑定等的一門學科。例如，研究不同的亞原子粒子怎樣共同形成一個原子核以及研究原子核之中的物質究竟是如何變化的。

早期歷史

在威廉·倫琴發現X射線之後，很多科學家開始研究把輻射離子化。他們的其中之一就是亨利·貝克勒爾，他研究磷光與相片板變黑的關係。當貝克勒爾（在法國工作）發現這個時，沒有其他能量來源，鈾產生了射線可以令相片板變黑，輻射被發現。瑪麗亞·居禮（在巴黎工作）與她的丈夫皮耶·居禮從鈾離析了兩種新的放射性元素。他們用輻射來識別哪一種是化學離析後輻射的光束；他們把鈾離析至各不同已知的化學元素，並量度各元素的輻射。之後他們試圖更進一步地離析這些放射性級分去離析一種更活躍的更小的級分。就這樣他們離析出了釙和鐳。大約1901年，人們發現吸收過多輻射會在人體造成傷害，貝克勒爾常在袋中帶着一個鐳的樣本，他吸收了過多輻射，因而造成輻射灼傷。

放射性衰變

α衰變

主條目：α衰變

放射性原子核放出α粒子（氦-4原子核）而轉變為另一種核，衰變之後核電荷數減少2，質量數減少4。

235
92U
→ 231
90Th
+ 4
2He

β^-衰變

主條目：負β衰變

為β衰變的一種。放射性原子核放出電子和反電微中子而轉變為另一種核，衰變之後核電荷數升高1，質量數不變。

137
55Cs
→ 137
56Ba
+
e−
+
ν
e

正電子發射

主條目：正電子發射

又稱β⁺衰變，即釋放正電子的衰變，為β衰變的一種。放射性原子核放出正電子和電微中子而轉變為另一種核，衰變之後核電荷數減少1，質量數不變。從原子核釋放出來的正電子極易與核外的電子相撞並湮滅，從而變為2個光子。

30
15P
→ 30
14Si
+
e+
+
ν
e

電子捕獲

主條目：電子捕獲

又稱逆β衰變或K層俘獲，為β衰變的一種。放射性原子核的質子吸收一個軌態電子並成為中子，轉變為另一種核，並放出電微中子，衰變之後核電荷數減少1，質量數不變。

111
49In
+
e−
→ 111
48Cd
+
ν
e

人工核反應

發現

最早的人工核反應是盧瑟福於1919年用釙-214釋放的α粒子轟擊氮-14所完成的。
1934年，約里奧-居禮夫婦利用人工核反應製得了磷-30，這是自然界中所不存在的磷的同位素。夫婦二人也因此獲得了諾貝爾獎。磷-30會發生正電子衰變，引起了不小的轟動。

應用

同位素示蹤

生物學家卡爾文利用碳-14來研究光合作用中的碳的動態，取得了豐碩的成果。

確定年代

利用碳-14等放射性核種可以測定年代，稱作放射性定年法，對於考古研究有着重要的意義。

裂變與聚變

核分裂

核分裂為較重的原子核分裂成兩個以上較輕的原子核及亞原子粒子的過程，可分為自發裂變及誘發裂變。自發裂變是一種放射性衰變的形式，誘發裂變則屬於核反應的一種。

核分裂示意圖

核聚變

核聚變為兩個輕原子核聚合成一個較重原子核的核反應。

核聚變示意圖

核穩定理論

穩定核的質子中子比

原子核所具有的質子數於中子數均為偶數時，更為穩定。

結合能

原子核分解成為其組成的質子和中子所需要的能量。