第-0.3章 元素半衰期

放射性元素的原子核有半數發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，t為衰變時間，T為半衰期，N是衰變后留下的原子核數。

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放射性元素的半衰期長短差別很大，短的遠小於一秒，長的可達數百億年。

在物理學中，尤其是高中物理，半衰期並不能指少數原子，它的定義為：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間。

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，衰變至原來數量的一半所需的時間。

半衰期越短，代表其原子越不穩定，每顆原子發生衰變的幾率也越高。

而由於一個原子的衰變是自然地發生，即不能預知何時會發生，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定同位素原子發生衰變的概率為50%。「50%的概率」是一個統計概念，僅對大量重複事件有意義。

當原子數量「巨大」時，在T時間內，將會有50%的原子發生衰變，從數量上講就是有「一半的原子」發生衰變。

在下一個T時間內，剩下未衰變的原子又會有50%發生衰變，以此類推。

但當原子的個數不再「巨大」時，例如只剩下20個原子還未衰變時，那麼「50%的概率」將不再有意義，這時，經過T時間后，發生衰變的原子個數不一定是10個（20×50%）。

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現在可知衰變是微觀世界里的原子核的行為。

而微觀世界規律的特徵之一，在於「單個的微觀事件是無法預測的」，即對於一個特定的原子，我們只知道它發生衰變的概率，而不知道它將何時發生衰變。

然而，量子理論可以對大量原子核的行為做出統計預測。

而放射性元素的半衰期，描述的就是這樣的統計規律。

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無關。

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應該注意的是，並非經過兩個半衰期，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，但還能延續很多個半衰期。

而只要還有最後一個原子沒衰變，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，並不是說碘一過8天，原子數量就會減少50%，半衰期只是一種平均現象。

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愛因斯坦定律:

當原子開始發生衰變，其數量會越來越少，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後會是四分一，三小時後會是八分一。

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

根據愛因斯坦的質能守恆公式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，有一些能自動發生衰變，並放射出肉眼看不見的射線。

這些元素統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。

然而在自然狀態下，來自宇宙的射線和地球環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，但並非無損害作用，住往需經20年以後，一些癥狀才會表現出來。

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