第-0.3章 元素半衰期

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

　　而隨著放射的不斷進行，放射強度將按指數(shù)曲線下降，放射性強度達到原值一半所需要的時間，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是指初始時刻（t=0）時的原子核數(shù)，t為衰變時間，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短差別很大，短的遠小于一秒，長的可達數(shù)百億年。

　　在物理學中，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)生衰變所需的時間。

　　所以一個放射性同位素的半衰期，是指一個樣本內，其放射性原子，衰變至原來數(shù)量的一半所需的時間。

　　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。

　　而由于一個原子的衰變是自然地發(fā)生，即不能預知何時會發(fā)生，因此會以幾率來表示。

　　每顆原子衰變的機率大致相同，做實驗的時候，會使用千千萬萬的原子。

　　從統(tǒng)計意義上講，半衰期是指一個時間段T，在T這段時間內，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”是一個統(tǒng)計概念，僅對大量重復事件有意義。

　　當原子數(shù)量“巨大”時，在T時間內，將會有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T時間內，剩下未衰變的原子又會有50%發(fā)生衰變，以此類推。

　　但當原子的個數(shù)不再“巨大”時，例如只剩下20個原子還未衰變時，那么“50%的概率”將不再有意義，這時，經過T時間后，發(fā)生衰變的原子個數(shù)不一定是10個（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“單個的微觀事件是無法預測的”，即對于一個特定的原子，我們只知道它發(fā)生衰變的概率，而不知道它將何時發(fā)生衰變。

　　然而，量子理論可以對大量原子核的行為做出統(tǒng)計預測。

　　而放射性元素的半衰期，描述的就是這樣的統(tǒng)計規(guī)律。

　　放射性元素衰變的快慢是由原子核內部自身決定的，與外界的物理和化學狀態(tài)無關。

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　　應該注意的是，并非經過兩個半衰期，所有輻射都將消失。

　　因為放射性是一種概率現(xiàn)象，每經過一個半衰期，初始原子會消失50%，即輻射的危險會降低一半，但還能延續(xù)很多個半衰期。

　　而只要還有最后一個原子沒衰變，放射性就不可能完全消失。

　　不過通常來說，在經過30個半衰期后，輻射已減至原來的十億分之一，基本無法被探測到，也就沒有危害了。

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

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　　愛因斯坦定律:

　　當原子開始發(fā)生衰變，其數(shù)量會越來越少，衰變的速度也會因而減慢。

　　例如一種原子的半衰期為一小時，一小時后其未衰變的原子會剩下原來的二分一，兩小時后會是四分一，三小時后會是八分一。

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

　　根據(jù)愛因斯坦的質能守恒公式E=mc2，衰變是其中一個把質量轉為能量的方式。

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

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

　　這些元素統(tǒng)稱為放射性元素或放射性物質。

　　因為放射性元素的原子核在衰變過程中放出α、β、ν等射線的現(xiàn)象，叫放射性。

　　其射線可殺死生物體內的有機體，引起癌變、白血病、骨髓病等。

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

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

　　放射性污染很難消除，射線強度只能隨時間的推移而衰減。

　　放射性對人體的危害:大劑量的照射下，放射性對人體和動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，但并非無損害作用，住往需經20年以后，一些癥狀才會表現(xiàn)出來。

　　放射性也能損傷遺傳物質，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。