在元素週期表中,大多數元素都至少具有一種穩定形式。但其他的只有不穩定的形式,所有這些都透過發射輻射並轉變為不同的元素而衰變,直到成為穩定的元素。放射性衰變的時間尺度稱為元素的半衰期,即元素樣本減少一半所需的時間。
一般來說,對於鈾之後的元素,它們在元素週期表中的位置越靠前——它們的原子序數越高——它們存在的時間就越短。不穩定元素的半衰期相差近 30 個數量級。相較之下,銀河系的直徑比 DNA 螺旋的寬度大約 30 個數量級。
下圖列出了每種不穩定元素的壽命最長的同位素(一種具有相同數量的質子但不同數量的中子的形式)衰變所需的時間。 (這些半衰期不是精確的數字;每個半衰期都有與之相關的不確定性。)即使以對數刻度繪製,圖形上的點之間的距離代表隨著半衰期增長而增加的時間量,鉍,壽命最長的不穩定元素,是超乎尋常的。
未來發現的所有元素的半衰期都會越來越短嗎?科學家們不太確定。他們期望達到理論上的“穩定島”,在那裡半衰期將逆勢而行。這些元素可能會持續幾秒鐘或一天。沒有人知道它們將具有什麼特性,或者這些元素是否可以幫助科學家更多地了解原子以及所有物質如何將自身結合在一起。所以研究人員,希望划船更靠近島上傳說中的海岸。
不穩定的衰變
此圖以對數刻度繪製了元素週期表中不穩定元素(藍色)的壽命或半衰期。包括每個元素最長壽命形式或同位素的數據,以及熟悉的比較(綠色)。
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資料來源:國際原子能總署、布魯克海文國家實驗室、G. Audi等人/中文物理C2017年