鈾為什麼會衰變？鈾不停地衰變，為何在45.5億年後地球上還有鈾？

鈾是人類利用核能的重要原料，也是一種會發生衰變的放射性元素，鈾為什麼會衰變呢？這就要從原子的微觀結構講起了。

眾所周知，原子是由原子核和電子構成，而原子核則是由一定數量的質子和中子構成。在擁有多個質子的原子核的內部，存在著兩種力量的較量，其中的一方是強相互作用力，其作用是將質子和中子結合在一起，另一方則是電磁力，由於質子都帶正電，因此當原子核記憶體在著多個質子時，它們之間就會產生排斥力。

強相互作用力是宇宙四大基本力中最強的一種，但這種力卻是一種短程力，其作用距離僅為10^（-15）米，相比之下，電磁力卻是長程力，從理論上來講，其作用距離是無限的，而這也就意味著，質子之間的排斥力是可以疊加的，而強相互作用力卻只能“單打獨鬥”。

正因為如此，當原子核內部的質子數量達到一定程度的時候，質子之間的排斥力就可以達到足以抗衡強相互作用力的強度，於是原子核就會變得不穩定。

實際上，鈾原子核就是屬於這種情況，鈾是我們能夠在自然界中找到的最重元素，其原子序數為92，也就是說，在鈾原子核之中的質子數量高達92個，擁有如此多的質子，鈾原子核當然也就不穩定了，而這就是鈾會發生衰變的原因。

我們知道，宇宙萬物都會自發地趨向於穩定狀態，鈾原子核當然也不例外，那如何才能讓自己更穩定呢？一個最有效的途徑就是減少自己的質子數量。

然而對於鈾原子核這種擁有大量質子和中子的重原子核來講，想要單獨釋放質子幾乎是一件不可能的事情，因為在重原子核的內部存在著一種“結團效應”，簡單來講就是，在重原子核的內部，質子和中子並沒有均勻分佈，而是結合成一團一團的，其中最容易結成的團就是由兩個質子和兩個中子構成的“α結團”。

所以鈾原子核就總是會趨向於向外釋放出一個“α結團”，是的，這就是我們常聽到的“α衰變”，當鈾原子核發生“α衰變”之後，就會一次性減少兩個質子和兩個中子，其原子序數就會減2，進而轉變成90號元素——釷，比如說鈾-238在發生“α衰變”之後，就會轉變成釷-234。

正如我們所知，地球的“年齡”大約為45。5億年，那麼問題就來了，既然鈾不停地衰變，那為何在45。5億年後地球上還有鈾呢？其實這很好理解。

鈾原子核總是會趨向於衰變，並不代表它馬上就會衰變，這其實是有機率的。對於單個鈾原子核而言，它何時衰變是不確定的，也就是說，它有可能在1秒鐘後就發生衰變，也有可能在1億年之後才會衰變，但如果觀測到的鈾原子核數量足夠多，它們的衰變就具備了明顯的規律。

這裡就需要提到“半衰期”的概念了，我們可以將其簡單地理解為：一大堆放射性元素的原子核有一半發生衰變所經歷的時間。

舉個例子，假設有一種放射性元素的半衰期為1秒，那麼我們觀測2億個這樣的原子核的時候，只需要1秒，就有1億個原子核會發生衰變，而在下一秒，剩下的1億個之前沒有衰變的原子核中又有5000萬個會發生衰變，隨著時間的推移，這些原子核就會不斷地“減半”，直到其數量小到不再具有統計意義。

相關研究表明，在地球上自然存在的鈾只有鈾-238、鈾-235和鈾-234這三種同位素，它們的衰變型別都是“α衰變”，其中鈾-238的半衰期最長，大約為44。68億年，也就是說，在經歷了45。5億年之後，地球上的鈾-238其實只衰變了差不多一半。

相對而言，鈾-235和鈾-234的半衰期更短，分別為大約7。04億年和24。55萬年，不過在45。5億年的時間裡，它們的“減半”次數還不足以讓它們在自然界中消失殆盡，只是它們的相對丰度要比鈾-238更低，測量資料表明，地球上的鈾-238、鈾-235和鈾-234的相對丰度分別為99。2742%、0。7204%和0。0054%。

簡單總結一下就是：雖然鈾不停地衰變，但是由於鈾有三種同位素的半衰期都相對較長，以至於在45。5億年後的地球上，我們仍然可以發現它們的蹤跡。

值得一提的是，宇宙中的鈾元素其實都是在超新星爆發、中子星碰撞這樣的高能事件中產生的，在經歷了漫長的時間之後，它們中的極小一部分才來到地球，所以地球上的鈾其實比我們想象中的還要古老，在來到地球之前，它們其實已經衰變了很長時間了。

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