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衰變鏈

指数 衰變鏈

核科學裡，衰變鏈指的是放射性衰變過程中成鏈產生的一系列衰變產物。大部分放射性元素並不直接衰變成穩定的狀態，而是經過一連串的衰變反應，最終達至穩定的同位素為止。 衰變階段的名稱取決於它與前後階段的關係。“母同位素”衰變後產生“子同位素”。子同位素有可能是穩定的，但也可以繼續衰變形成下一個子同位素。子同位素的子同位素稱為第二代子同位素。 單獨一個母原子衰變成一個子原子的時間不定，不但在不同的母子原子對中有所不同，而且在同一種母子衰變反應中也有差異。單個原子的衰變是瞬時發生的，但是最初一堆原子在經過時間t後的衰變則由指數分布e−λt表示，當中的λ稱為衰變常數。正因為衰變的指數特徵，因此每一種同位素都有其半衰期。起初一定數量的相同放射性同位素在經過半衰期後，其中的一半會衰變成子同位素。實驗已經測定了數千種放射性同位素（或放射性核素）的半衰期，從幾乎馬上衰變到1019年以上不等。 中間的衰變階段往往比最初放射性同位素的衰變具有更強的放射性。當達至平衡之後，第二代子同位素的量與其半衰期成正比。不過由於其活躍性與半衰期成反比，任何在衰變鏈中的核素最終都會達到母同位素的放射水平。例如，自然鈾的放射性並不特別高，但是瀝青鈾礦的放射性卻是它的13倍，因為礦中還包含鐳和其他子同位素。除了鐳明顯較高的放射性之外，衰變鏈中的下一步會產生氡。氡是一種放射性的重惰性氣體，會囤積在含有釷或鈾的岩石附近的空隙裡，如地下室和礦井裡。長期接觸氡氣是導致非吸煙者患上肺癌的最主要原因。.

目录

  1. 27 关系: 原子量，原子核物理学，半衰期，同位素，同質異構轉換，宇宙線，碳-14，电子俘获，瀝青鈾礦，鈾，鈾-235，鈾-238，钚，钍，肺癌，铅，锕，自然 (期刊)，釷-232，镎，镭，John Wiley & Sons，氡，氦-4，指数衰减，放射性，放射性同位素。

  2. 放射性

原子量

原子量（atomic mass），也称原子质量或相对原子质量，符号ma，是指單一原子的質量，其單位為原子质量单位（符號u或Da，以往曾用amu) ，定義為一个碳12原子靜止質量的。原子質量以質子和中子的質量為主，元素的原子量几近等于其質量數。 若將原子量除以原子质量单位，會得到一個無因次量，這個無因次量稱為「相對同位素質量」（relative isotopic mass）。因此碳12的原子量是12u或是12 Da，而一個碳12原子的相對同位素質量就是12。.

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原子核物理学

原子核物理学（简称核物理学，核物理或核子物理）是研究原子核成分和相互作用的物理学领域。它主要有三大领域：研究各类次原子粒子与它们之间的关系、分类与分析原子核的结构并带动相应的核子技术进展。原子核物理学最常见的和有名的应用是核能发电的和核武器的技术，但研究还提供了在许多领域的应用，包括核医学和核磁共振成像，材料工程的离子注入，以及地质学和考古学中的放射性碳定年法。 粒子物理学领域是从原子核物理学演变出来的，并且通常被讲授与原子核物理学密切相关。.

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半衰期

半衰期（Half-life）是指某種特定物質的浓度经过某种反应降低到剩下初始时一半所消耗的時間，半衰期是研究反应动力学的一个容易测定的重要参数，数学上可以证明，只有一级反应的半衰期是恒定的数值，且知悉一个一级反应的半衰期便可以计算出该反应的所有动力学参数，所以人们通常只关心一级反应的半衰期。常见的一级反应有：放射性核素的衰变、一级化学反应、药物在体内的吸收和代谢等。.

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同位素

同位素（Isotope）是某種特定化學元素之下的不同種類，同一種元素下的所有同位素都具有相同原子序數，質子數目相同，但中子數目卻不同。這些同位素在化學元素週期表中佔有同一個位置，因此得名。 例如氫元素中氘和氚，它們原子核中都有1個質子，但是它們的原子核中分別有0個中子、1個中子及2個中子，所以它們互為同位素。.

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同質異構轉換

#重定向 伽瑪衰變.

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宇宙線

宇宙線亦稱為宇宙射线，是來自外太空的帶電高能次原子粒子。它們可能會產生二次粒子穿透地球的大氣層和表面。射線這個名詞源自於曾被認為是電磁輻射的歷史。主要的初級宇宙射線（來自深太空與大氣層撞擊的粒子）成分在地球上一般都是穩定的粒子，像是質子、原子核、或電子。但是，有非常少的比例是穩定的反物質粒子，像是正電子或反質子，這剩餘的小部分是研究的活躍領域。 大約89%的宇宙線是單純的質子，10%是氦原子核（即α粒子），還有1%是重元素。這些原子核構成宇宙線的99%。孤獨的電子（像是β粒子，雖然來源仍不清楚），構成其餘1%的絕大部分；γ射線和超高能微中子只佔極小的一部分。 粒子能量的多樣化顯示宇宙線有著廣泛的來源。這些粒子的來源可能是太陽（或其它恆星）或來自遙遠的可見宇宙，由一些還未知的物理機制產生的。宇宙線的能量可以超過1020 eV，遠超過地球上的粒子加速器可以達到的1012至1013 eV，使許多人對有更大能量的宇宙線感興趣而投入研究。 經由宇宙線核合成的過程，宇宙線對宇宙中鋰、鈹、和硼的產生，扮演著主要的角色。它們也在地球上產生了一些放射性同位素，像是碳-14。在粒子物理的歷史上，從宇宙线中發現了正電子、緲子和π介子。宇宙線也造成地球上很大部份的背景輻射，由於在地球大氣層外和磁場中的宇宙線是非常強的，因此對維護航行在行星際空間的太空船上太空人的安全，在設計有重大的影響。.

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碳-14

碳14（¹⁴C）是碳元素的一種具放射性的同位素，於1940年2月27日由加州大学伯克利分校放射性实验室的马丁·卡门和萨姆·鲁本首先發現。它透過宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產生。碳-14原子核由6个质子和8个中子组成。其半衰期約為5,730±40年，衰變方式為β衰變，碳14原子轉變為氮-14原子。由于在有机材料中含有碳-14，因此根据它可以确定考古学，地质学和水文地质学样本的大致年代，其最大测算不超过6万年，而且没有参照的情况下誤差较大。 在地球上有99%的碳以碳-12的形式存在，有大约1%的碳以碳-13的形式存在，只有兆分之一（0.0000000001%）是碳-14，存在于大气中。.

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电子俘获

电子俘获（Electron capture）是富质子的原子核吸收一个自身轨道的电子（使一个质子转变为中子）、并同时发射出一个中微子的过程。伴随发生的过程还包括光子的辐射（伽马射线），使新产生原子核的能级降至基态。.

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瀝青鈾礦

沥青铀矿是一种放射性的，富含铀的矿石，主要成分为二氧化铀，同时亦包含三氧化铀、铅、钍和稀土元素。其发现历史可以追溯到至少十五世纪德国厄尔士山脉的银矿开采过程中。书面记录来却是源自F.E.Brückmann在1727年对捷克共和国Jáchymov地区的矿物记录。 铀元素于1789年被德国化学家马丁·克拉普罗特（Martin Heinrich Klaproth）在Johanngeorgenstadt矿脉首先发现。 所有的沥青铀矿中均含有少量铀的放射性衰变产物镭。同时也含有少量铅的同位素Pb-206和Pb-207，U-235和U-238的衰变产物。作为α衰变的产物，沥青铀矿中还存在少量的氦。这也是氦在太阳光谱中被发现后第一次在地球沥青铀矿中被发现。沥青铀矿中还能找到极少量的锝（大约0.2ng/kg），由U-238裂变产生。 沥青铀矿是铀的主要矿藏来源。目前地球上所发现的已知含铀量最高的矿床分别在刚果民主共和国的Shinkolobwe（曼哈顿计划的最初矿源），加拿大萨斯喀彻温省北部的阿萨巴斯卡盆地。另一个沥青铀矿的主要产地在加拿大西北地区的大熊湖，与银矿同存。 铀通常被加工成黄饼，铀处理过程中的一个中间步骤。 铀礦中也可能包含極少量的-zh-hans:钫;zh-hant:鍅-（每公斤約數萬到數十萬原子）。.

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鈾

鈾（Uranium）是一種銀白色金屬化學元素，屬於元素週期表中的錒系，化學符號為U，原子序為92。每個鈾原子有92個質子和92個電子，其中6個為價電子。鈾具有微放射性，其同位素都不稳定，并以鈾-238（146個中子）和鈾-235（143個中子）最为常见。鈾在天然放射性核素中原子量第二高，仅次于钚。其密度比鉛高出大約70%，比金和鎢低。天然的泥土、岩石和水中含有百萬分之一至百萬分之十左右的鈾。採礦工業從瀝青鈾礦等礦物中提取出鈾元素。 自然界中的鈾以三种同位素的形式存在：鈾-238（99.2739至99.2752%）、鈾-235（0.7198至0.7202%）、和微量的鈾-234（0.0050至0.0059%）。鈾在衰變的時候釋放出α粒子。鈾-238的半衰期為44.7億年，鈾-235的則為7.04億年，因此它们被用于估算地球的年齡。 鈾獨特的核子特性有很大的實用價值。鈾-235是唯一自发裂變的同位素。鈾-238在快速中子撞擊下能夠裂變，屬於增殖性材料，即能在核反應爐中經核嬗變成為可裂變的鈈-239。鈾-233也是一種用於核科技的可裂變同位素，可從自然釷元素製成。鈾-238自發裂變的機率极低，快中子撞擊可诱导其裂變；鈾-235和233可被慢中子撞击而裂变，如果其质量超过临界质量，就都能夠維持核連鎖反應，在核反应过程中的微小质量损失会转化成巨大的能量。这一特性使它们可用于生产核裂变武器与核能发电。耗尽后的鈾-235发电原料被称为貧鈾（含238U），可用做钢材添加剂，製造贫铀弹和裝甲。.

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鈾-235

鈾235（符号：235U），是鈾的三種同位素之一，當中只有鈾235能夠發生核分裂，引發連鎖核裂變反應，可用作核電及核彈。1935年由加拿大科學家發現。根據國際原子能機構的定義，濃度為3％的鈾235為核電廠發電用低濃縮鈾，高於80%稱作高濃縮鈾，大於90%則叫作為武器級高濃縮鈾。.

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鈾-238

鈾238（符号：238U）是鈾在自然界中最常見的同位素，放射性強度遠低於鈾-235，因此鈾238並不是可裂變物質。但是它可以藉由捕捉慢中子並經過兩次貝塔衰變變成可分裂的。被快中子碰撞後會吸收其能量，使得快中子不能進一連鎖反應。 大約99.284％的天然鈾是鈾238，半衰期為4.468 × 109年，在原子核大於84的放射性元素中，其半衰期特別的長，顯示其擁有特別穩定的原子核。 Category:鈾的同位素.

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钚

鈽（Plutonium，--）是原子序数94、元素符號為Pu的放射性超鈾元素。它屬於錒系金屬，外表呈銀白色，接觸空氣後容易腐蝕、氧化，在表面生成無光澤的二氧化鈽。鈽有六种同素異形體和四種氧化態，易和碳、鹵素、氮、矽起化學反應。鈽暴露在潮濕的空氣中時會產生氧化物和氫化物，其體積最大可膨脹70%，屑狀的钚能自燃。它也是一种放射性毒物，会於骨髓中富集。因此，操作、處理鈽元素具有一定的危險性。 鈽是天然存在於自然界中質量最重的原子。它最穩定的同位素是鈽-244，半衰期約為八千萬年，足夠使鈽以微量存在於自然環境中。 鈽最重要的同位素是鈽-239，半衰期為2.41萬年，常被用來製造核子武器。鈽-239和鈽-241都易于裂變，即它們的原子核可以在慢速熱中子撞擊下產生核分裂，釋出能量、伽馬射線以及中子輻射，從而形成核連鎖反應，並應用在核武器與核反應爐上。 鈽-238的半衰期為88年，並放出α粒子。它是放射性同位素熱電機的熱量來源，常用於驅動太空船。 鈽-240自發裂變的比率很高，容易造成中子通量激增，因而影響了鈽作為核武及反應器燃料的適用性。 分離鈽同位素的過程成本極高又耗時費力，因此鈽的特定同位素時幾乎都是以特殊反應合成。 1940年，格倫·西奧多·西博格和埃德溫·麥克米倫首度在柏克萊加州大學實驗室，以氘撞擊鈾-238而合成鈽元素。麥克米倫將這個新元素取名Pluto（意為冥王星），西博格便開玩笑提議定其元素符號為Pu（音類似英語中表嫌惡時的口語「pew」）。科學家隨後在自然界中發現了微量的鈽。二次大戰時曼哈頓計劃則首度將製造微量鈽元素列為主要任務之一，曼哈頓計劃後來成功研製出第一個原子彈。1945年7月的第一次核試驗「三一试验」，以及第二次、投於長崎市的「胖子原子彈」，都使用了鈽製作內核部分。關於鈽元素的人體輻射實驗研究並在未經受試者同意之下進行，二次大戰期間及戰後都有數次核試驗相關意外，其中有的甚至造成傷亡。核能發電廠核廢料的清除，以及冷戰期間所打造的核武建設在核武裁減後的廢用，都延伸出日後核武擴散以及環境等問題。非陸上核試驗也會釋出殘餘的原子塵，現已依《部分禁止核試驗條約》明令禁止。.

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钍

钍（Thorium，，舊譯作釖、鋀）是原子序数为90的元素，其元素符號為Th，屬锕系元素，具有放射性。其拉丁文名称來自北欧神话的雷神索尔（Thor）。 钍-232会通过吸收慢中子而变成可作核燃料之用的铀-233。钍、铀两种元素是核能发电厂最重要的燃料。.

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肺癌

肺癌（Lung cancer）是惡性的肺部肿瘤，肇因於肺部組織细胞不受控制地。如不治疗，肿瘤细胞會转移至鄰近組織或身體的其他地方。肺部最常見的原發性惡性腫瘤屬於上皮癌，可粗分為小细胞癌（SCLC）和（NSCLC）。肺癌最常見的症狀有咳嗽（包括咳血）、体重减轻、气短和胸痛。 大多数（85%）肺癌患者患病的原因为长期吸菸，然而亦有大约10-15%的患者从不吸菸。这部分人患上肺癌常是由于遗传因素和吸入氡氣、石棉、二手煙，或其他空气污染物共同导致 。肺癌在或斷層掃描（CT）中可见，并可通过或CT引导下进行活检确诊。 避開汙染物等風險因子為最主要的預防方式。肺癌的治疗和长期疗效取决于类型、阶段（转移的程度）和患者的整体健康状况。大多數的肺癌無法治癒，常見治療方式有外科手術、化疗和放疗。非小细胞肺癌有时采用手术治疗，而小细胞肺癌（SCLC）通常对化疗和放疗的效果佳。 在2012年，全球約有180萬人新罹患肺癌，並導致160萬人死亡。肺癌是男性常見的癌症致死病因，在女性則僅次於乳癌，列名第二。肺癌最常於70歲上下診斷。在美国，总体而言患者在确诊为肺癌之後，有17.4%的人存活时间超过5年，而这个比例在发展中国家则较低。.

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铅

铅（Plumbum，化学符号：Pb）為化学元素，原子序数82。铅是柔軟和展性強延性不佳的弱金属，有毒，也是重金属。铅原本的顏色為青白色，在空气中表面很快被一层暗灰色的氧化物覆盖。可用於建筑、铅酸充电池、弹頭、炮弹、銲接物料、釣魚用具、漁業用具、防輻射物料、奖杯和部份合金，例如電子焊接用的鉛錫合金。.

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锕

錒是一種放射性化學元素，符號為Ac，原子序為89。錒在1899年被發現，是首個得到分離的非原始核素。雖然釙、鐳和氡比錒更早被發現，但是科學家到1902年才分離出這些元素。在元素週期表中，錒系元素始於錒，止於鐒，一共有15種元素。 錒是一種柔軟的銀白色放射性金屬。在空氣中，錒會迅速與氧氣和水氣反應，在表面形成具保護性的白色氧化層。和大部份鑭系元素和錒系元素一樣，錒的氧化態一般是+3。在自然界中，只有少量的錒出現在鈾礦石當中，主要為同位素227Ac，並進行β衰變，半衰期為21.772年。每一噸鈾礦石約含0.2毫克的錒元素。由於錒和鑭的化學和物理特性過於接近，因此要從礦石中分離出錒元素並不現實。科學家則是在核反應爐中以中子照射鐳-226來產生錒的。 錒因為稀少、昂貴，且具放射性，所以沒有大的工業用途。目前錒被用作中子源，以及在放射線療法中作為輻射源。.

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自然 (期刊)

《自然》（Nature）是世界上最早的科学期刊之一，也是全世界最权威及最有名望的学术期刊之一，首版於1869年11月4日。虽然今天大多数科学期刊都专一於一个特殊的领域，《自然》是少数（其它类似期刊有《科学》和《美国国家科学院院刊》等）依然发表来自很多科学领域的一手研究论文的期刊。在许多科学研究领域中，每年最重要、最前沿的研究结果是在《自然》中以短文章的形式发表的。 《自然》的主要读者是从事研究工作的科学家，但期刊前部的文章概括使得一般公众也能理解期刊内最重要的文章。期刊开始部分的社论、新闻及专题文章报道科学家一般关心的事物，包括最新消息、研究资助、商业情况、科学道德和研究突破等。期刊也介绍与科学研究有关的书籍和艺术。期刊的其余部分主要是研究论文，这些论文往往非常紧密，非常具有技术性。 在《自然》上发表文章是非常光荣的，《自然》上的文章经常被引用，这有助于晋升、获得资助和获得主流媒体的关注。因此科学家之间在《自然》或《科学》上发表文章上的竞争非常强。但是与其它专业的科学杂志一样，在《自然》上发表的文章需要经过严格的同行评审。在发表前编辑选择其他在同一领域有威望的、但与作者无关的科学家来检查和评判文章的内容。作者要对评审做出的批评给予反应，比如更改文章内容，提供更多的试验结果，否则的话编辑可能拒绝该文章。.

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釷-232

#重定向 釷的同位素 Category:釷的同位素.

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镎

錼（Neptunium，--）是一種化學元素，符號為Np，原子序為93。錼是首個超鈾元素，屬於錒系金屬。錼具有放射性，其最穩定的同位素237Np是核反應爐和鈈生產過程的副產品，能夠用於製造中子探測儀。由於核嬗變反應，鈾礦當中存在著微量錼元素。.

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镭

镭（舊譯作鈤、銧）是一种化学元素，它的化学符号是Ra，它的原子序数是88，是一种银白色的碱土金属，带有放射性，而且十分贵重，每克约100美金。 镭在1898年由居里夫人及她丈夫皮埃尔·居里在捷克北波希米亚发现。他们发现铀在衰变后，衰变物仍带放射性。镭的拼音名称Radium即是放射性的意思。 镭-226為鐳的最穩定同位素，半衰期為1600年，进行α-蜕变，放出α射线和γ射线。它衰变时会放出氡气到大气中。氡仍有放射性，且可被生物吸入，危害生命。 镭能够致癌，但是它也能够治疗癌症。.

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John Wiley & Sons

#重定向 約翰威立.

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氡

氡是化學元素，符號為Rn，原子序為86，屬於稀有氣體，無色、無臭、無味，具放射性，是鐳自然衰變後的間接產物，最穩定同位素為222Rn，半衰期為3.8天。在常規條件下，氡是密度最高的氣體物質之一。它同時也是唯一一種常規條件下只含放射性同位素的氣體，其輻射可以對健康造成損害。由於其放射性很強，所以針對氡的化學研究較為困難，已知化合物也很少。 釷和鈾在地球形成時已經存在。在它們緩慢衰變為鉛的過程中，氡會作為衰變鏈的一部份自然產生。釷和鈾的自然同位素半衰期都長達數十億年，因此這兩種元素連同鐳、氡等衰變產物，在今後幾千萬年後的豐度仍將和今天的程度相近。, Agency for Toxic Substances and Disease Registry, U.S.

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氦-4

氦-4，是氦的同位素之一，元素符號為4He。它的原子核由二顆質子和二顆中子所組成，其自旋量子數為0，是玻色子。氦-4是穩定同位素。其相對豐度是99.999863%。.

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指数衰减

某个量的下降速度和它的值成比例，称之为服从指数衰减。用符号可以表达为以下微分方程，其中N是指量，λ指衰减常数（或称衰变常数）。 方程的一个解为： 这里N(t)是与时间t有关的量，N0.

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放射性

放射性或輻射性是指元素從不稳定的原子核自发地放出射线，（如α射线、β射线、γ射线等）而衰变形成穩定的元素而停止放射（衰变产物），這種現象稱為放射性。衰变时放出的能量称为衰变能量。原子序數在83（鉍）或以上的元素都具有放射性，但某些原子序數小于83的元素（如锝）也具有放射性。而有趣的是，從原子序84開始一直到鉳元素有以下特性：原子序是偶數的，半衰期都比相邻的长。这是由於原子序数为偶數的元素的原子核含有適當數量的質子和中子，能够形成有利的配置結構。〈即魔數〉 對單一原子來說，放射性衰变依照量子力學是隨機過程，無法預測特定一個原子是否會衰变。不過原子衰变的機率不會隨著原子存在的時間長短而改變。對大量的原子而言，可以用量測衰變常數計算衰變速率及半衰期。其半衰期沒有已知的時間上下限，範圍可以到55個數量級，短至幾乎瞬間，長至久於宇宙年齡。 有許多種不同的放射性衰变。衰变或是能量的減少都會使有某種原子核的原子（父放射核素）轉變為有另一種原子核的原子，或是其中子或質子的數量不同，稱為子體核素。在一些衰变中，父放射核素和子體核素是不同的化學元素，因此衰变後產生了新的元素，這稱為核嬗变。 最早發現的衰变是α衰變、β衰變、γ衰變。α衰變是原子核放出α粒子（氦原子核），是最常見釋放核子的衰變，不過原子核偶爾也會釋放質子，或者釋放其他特殊的核子（稱為）。β衰變是原子核釋放電子（或正子）及反微中子，會將質子轉變為中子（或是將中子轉變為質子） 。核子也可能捕獲軌道上的電子，使質子轉變為中子，這為電子捕獲，上述的衰变都屬於核嬗变。 相反的，也有一些核衰变不會產生新的元素，受激態原子核的能量以伽馬射線的方式釋出，稱為伽馬衰变，或是將激发态原子核将能量转移至轨道电子上，轨道电子再脱离原子，稱為。若是核子中有大量高度受激的中子，有時會以中子發射的方式釋放能量。另外一種核衰变是將原來的原子核變為二個或多個較小的原子核，稱為自發性的核分裂，出現在大量的不穩定核子自發性的衰变時，一般也會釋放伽馬射線、中子或是其他粒子。 著名的例子像是鈾和釷，但也包括在自然界中，半衰期長的同位素，例如钾-40。例如15種是半衰期短的同位素，像鐳及氡，是由衰變後的產物，也有因為而產生的，像碳-14就是由宇宙射線撞擊氮-14而產生。放射性同位素也可能是因為粒子加速器或核反應爐而人工合成，其中有650種的半衰期超過一小時，有數千種的半衰期更短。.

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放射性同位素

放射性同位素（radionuclide，或radioactive nuclide），一種具有放射性的核素。是一種原子核不穩定的原子，每個原子也有很多同位素，每組同位素的原子序雖然是相同，但是卻有著不同的原子量，如果這原子是有放射性的話，它會被稱為物理放射性核種或放射性同位素。放射性同位素會進行放射性衰變，從而放射出伽瑪射線，和次原子粒子。 化學家和生物學家都把放射性同位素的技術應用在我們的食品、水和身體健康等事項上。不過他們也察覺到危險性，因而制訂使用的安全守則。有些放射性同位素是天然存在的，有些則是人工製造的，稱為人造放射性同位素。.

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另见

放射性