第-0.3章 元素半衰期

　　放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時(shí)所需要的時(shí)間，叫半衰期，英文名是Half-life。

　　而隨著放射的不斷進(jìn)行，放射強(qiáng)度將按指數(shù)曲線下降，放射性強(qiáng)度達(dá)到原值一半所需要的時(shí)間，就叫做同位素的半衰期。

　　而原子核的衰變規(guī)律是：N=N0×(1/2)t/T。

　　其中：N0是指初始時(shí)刻（t=0）時(shí)的原子核數(shù)，t為衰變時(shí)間，T為半衰期，N是衰變后留下的原子核數(shù)。

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　　放射性元素的半衰期長(zhǎng)短差別很大，短的遠(yuǎn)小于一秒，長(zhǎng)的可達(dá)數(shù)百億年。

　　在物理學(xué)中，尤其是高中物理，半衰期并不能指少數(shù)原子，它的定義為：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。

　　所以一個(gè)放射性同位素的半衰期，是指一個(gè)樣本內(nèi)，其放射性原子，衰變至原來(lái)數(shù)量的一半所需的時(shí)間。

　　半衰期越短，代表其原子越不穩(wěn)定，每顆原子發(fā)生衰變的幾率也越高。

　　而由于一個(gè)原子的衰變是自然地發(fā)生，即不能預(yù)知何時(shí)會(huì)發(fā)生，因此會(huì)以幾率來(lái)表示。

　　每顆原子衰變的機(jī)率大致相同，做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，會(huì)使用千千萬(wàn)萬(wàn)的原子。

　　從統(tǒng)計(jì)意義上講，半衰期是指一個(gè)時(shí)間段T，在T這段時(shí)間內(nèi)，一種元素的一種不穩(wěn)定同位素原子發(fā)生衰變的概率為50%?！?0%的概率”是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，僅對(duì)大量重復(fù)事件有意義。

　　當(dāng)原子數(shù)量“巨大”時(shí)，在T時(shí)間內(nèi)，將會(huì)有50%的原子發(fā)生衰變，從數(shù)量上講就是有“一半的原子”發(fā)生衰變。

　　在下一個(gè)T時(shí)間內(nèi)，剩下未衰變的原子又會(huì)有50%發(fā)生衰變，以此類推。

　　但當(dāng)原子的個(gè)數(shù)不再“巨大”時(shí)，例如只剩下20個(gè)原子還未衰變時(shí)，那么“50%的概率”將不再有意義，這時(shí)，經(jīng)過(guò)T時(shí)間后，發(fā)生衰變的原子個(gè)數(shù)不一定是10個(gè)（20×50%）。

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　　現(xiàn)在可知衰變是微觀世界里的原子核的行為。

　　而微觀世界規(guī)律的特征之一，在于“單個(gè)的微觀事件是無(wú)法預(yù)測(cè)的”，即對(duì)于一個(gè)特定的原子，我們只知道它發(fā)生衰變的概率，而不知道它將何時(shí)發(fā)生衰變。

　　然而，量子理論可以對(duì)大量原子核的行為做出統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)。

　　而放射性元素的半衰期，描述的就是這樣的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

　　放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身決定的，與外界的物理和化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

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　　應(yīng)該注意的是，并非經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期，所有輻射都將消失。

　　因?yàn)榉派湫允且环N概率現(xiàn)象，每經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期，初始原子會(huì)消失50%，即輻射的危險(xiǎn)會(huì)降低一半，但還能延續(xù)很多個(gè)半衰期。

　　而只要還有最后一個(gè)原子沒(méi)衰變，放射性就不可能完全消失。

　　不過(guò)通常來(lái)說(shuō)，在經(jīng)過(guò)30個(gè)半衰期后，輻射已減至原來(lái)的十億分之一，基本無(wú)法被探測(cè)到，也就沒(méi)有危害了。

　　半衰期也不是一定的，如碘的半衰期為8天，并不是說(shuō)碘一過(guò)8天，原子數(shù)量就會(huì)減少50%，半衰期只是一種平均現(xiàn)象。

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　　愛(ài)因斯坦定律:

　　當(dāng)原子開(kāi)始發(fā)生衰變，其數(shù)量會(huì)越來(lái)越少，衰變的速度也會(huì)因而減慢。

　　例如一種原子的半衰期為一小時(shí)，一小時(shí)后其未衰變的原子會(huì)剩下原來(lái)的二分一，兩小時(shí)后會(huì)是四分一，三小時(shí)后會(huì)是八分一。

　　原子的衰變會(huì)產(chǎn)生出另一種元素，并會(huì)放出阿爾法粒子、貝塔粒子或中微子，在發(fā)生衰變后，該原子也會(huì)釋出γ射線。

　　根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能守恒公式E=mc2，衰變是其中一個(gè)把質(zhì)量轉(zhuǎn)為能量的方式。

　　通常衰變所產(chǎn)生的產(chǎn)物多也是帶放射性，因此會(huì)有一連串的衰變過(guò)程，直至該原子衰變至一穩(wěn)定的同位素。

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　　自然界和人工生產(chǎn)的元素中，有一些能自動(dòng)發(fā)生衰變，并放射出肉眼看不見(jiàn)的射線。

　　這些元素統(tǒng)稱為放射性元素或放射性物質(zhì)。

　　因?yàn)榉派湫栽氐脑雍嗽谒プ冞^(guò)程中放出α、β、ν等射線的現(xiàn)象，叫放射性。

　　其射線可殺死生物體內(nèi)的有機(jī)體，引起癌變、白血病、骨髓病等。

　　然而在自然狀態(tài)下，來(lái)自宇宙的射線和地球環(huán)境本身的放射性元素一般不會(huì)給生物帶來(lái)危害。

　　但50年代以來(lái)，人的活動(dòng)使得人工輻射源和人工放射性物質(zhì)大大增加，環(huán)境中的射線強(qiáng)度隨之增強(qiáng)，危及生物的生存，從而產(chǎn)生了放射性污染。

　　放射性污染很難消除，射線強(qiáng)度只能隨時(shí)間的推移而衰減。

　　放射性對(duì)人體的危害:大劑量的照射下，放射性對(duì)人體和動(dòng)物存在著某種損害作用。

　　如在400rad的照射下，受照射的人有5%死亡；若照射650rad，則人100%死亡。

　　照射劑量在150rad以下，死亡率為零，但并非無(wú)損害作用，住往需經(jīng)20年以后，一些癥狀才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。

　　放射性也能損傷遺傳物質(zhì)，主要在于引起基因突變和染色體畸變，使一代甚至幾代受害。