高中物理 · 原子核

半衰期与衰变计算 · 每过一个 T,剩一半

剩余质量、经过时间、α 与 β 衰变次数三种问题分开算。半衰期是统计规律,工具会同时给出半衰期个数与剩余比例。

N = N₀(1/2)^(t/T)t/T = log₂(N₀/N)α 衰变:A 减 4,Z 减 2β 衰变:A 不变,Z 加 1
衰变参数三种问题

剩余量与初始量单位保持一致;衰变次数用质量数 A 与电荷数 Z。

AI 讲解需人机验证
算法会算,AI 会讲为什么
计算结果等待输入
剩余量
—
半衰期个数
—
剩余比例
—
剩余量
—
衰变次数
—
计算过程
  1. 填入数据后点「计算」,这里给出代入过程。
常见半衰期
同位素半衰期用途
碳-145730 年考古测年
铀-2384.5×10⁹ 年地质年代
碘-1318 天甲状腺治疗
钴-605.27 年放疗、辐照

半衰期是统计规律

半衰期描述的是大量原子核的统计行为,对单个原子核没有意义——不能预测某一个核什么时候衰变。

每经过一个半衰期,剩余量变为原来的一半:1→1/2→1/4→1/8。经过 n 个半衰期,剩余比例为 (1/2)ⁿ,这也是反求时间的依据。

α、β 衰变的守恒

  • α 衰变放出 ⁴₂He:质量数减 4,电荷数减 2
  • β 衰变放出电子:质量数不变,电荷数加 1
  • 先由质量数差算出 α 次数,再用电荷数守恒算 β 次数
  • 两种衰变可同时发生,方程两边 A、Z 都要平衡

常见问题

半衰期会受温度、压强影响吗?

不会。半衰期由原子核内部结构决定,与外界的温度、压强、化学状态基本无关。

剩余 1/8 经过了几个半衰期?

3 个。(1/2)³=1/8。用对数算:n = log₂(N₀/N)。

β 衰变的电子从哪来?

来自原子核内一个中子转变为质子:n → p + e⁻,所以电荷数加 1、质量数不变。

为什么 α 衰变质量数减 4?

α 粒子就是氦核 ⁴₂He,含 2 个质子和 2 个中子,带走 4 个核子。

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