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    什么是半衰期?

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    什么是半衰期?

    放射性元素的大量原子核,有半數發生衰變所需要的時間,稱之為該元素的半衰期。 半衰期是從統計意義上講的。

    半衰期是指一個時間段T,在T這段時間內,一種不穩定同位素原子數發生衰變的概率為50%。 “50%的概率”是一個統計概念,僅對大量重復事件有意義。

    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,那么“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%)。

    半衰期示意圖

    想深入理解半衰期,同學們首先要搞懂什么是衰變。請同學們先來復習下這篇文章

    放射性元素衰變http://www.q6113.com/zongjie/x35/481798.html

     

    衰變的概念

    放射性元素的衰變

    能自發從原子核內部放射出射線性質稱為放射性,這一放射過程我們叫做放射性衰變,簡稱衰變。

    任何一種具有放射性的元素,都有其衰變的半衰期。

    放射性元素

    衰變的過程中,原子核會放出α粒子或β粒子,由于核電荷數變了,它在周期表中的位置就變了,變成另一種原子核。三種典型的衰變介紹如下:

    α衰變

    原子核自發地放射出α粒子(氦核)的衰變過程稱為α衰變;U238的α衰變方程如下:

    α衰變方程式

    請同學們注意,α衰變釋放出來的α粒子是氦核,而并非氦原子。

    β衰變

    原子核自發地放射出β粒子(高速電子)的衰變過程稱為β衰變;一種典型是β衰變方程如下:

    β衰變方程式

    γ衰變

    γ輻射通常伴隨其他形式的輻射產生(α射線,β射線)。當一個原子核發生α衰變或者β衰變時,生成的新原子核有時會處于激發態。根據波爾能級模型可知,新原子核會向低能級發生躍遷,同時以γ射線的形式釋放能量。

    嚴格來說,上述的α衰變方程與β衰變方程,在尾部都應該加一個γ。

    γ射線,x-射線,可見光和紫外線,都是不同形式的電磁輻射,俗稱電磁波。唯一的區別是他們的頻率不同,對應光子的能量不同。整個電磁波譜中γ光子的能量最高。

    此部分內容的深入理解請同學們參考文章《波爾能級模型》與《光電效應》。

    半衰期圖像

    半衰期的計算公式

    從半衰期的定義出發,結合等比數列概念,我們知道,經歷N個半衰期后,剩余的質量為: m=M(1/2)^(t/T) 其中M為反應前原子核質量,m為反應后原子核質量,t為反應時間,T為半衰期。顯然,N=t/T;

    半衰期解題須知

    我們首先來復習解釋幾個關于半衰期的概念,便于大家理解半衰期。

    (1)半衰期的定義:放射性元素的大量原子核,有半數發生衰變所需要的時間,稱之為該元素的半衰期。

    (2)半衰期的意義:反映了核衰變過程的統計快慢程度。

    (3)半衰期的決定特征:只由核本身的因素所決定,而與原子所處的物理狀態或化學狀態無關。(王尚老師注解:這里最容易出題)

    放射性物質標志

    對半衰期的理解:大家要搞清半衰期的上述分析,避免如下錯誤認識,也就正確地理解了半衰期的真正含義。

    第一種對半衰期錯誤認識是:放射性元素的核,經過一個半衰期T,衰變了一半,再經過一個半衰期T,全部衰變完。(應該剩余1/4) 第二種對半衰期錯誤認識是:若有4個放射性元素的核,經過一個半衰期T,將衰變2個。

    事實上,N0個某種放射性元素的核,經過一個半衰期后后剩下的這種核的個數為N0/2;而對于少量的核(比如10個),是無法確定其衰變半數所需要的時間的。

    藥物半衰期與給藥間隔

    藥物半衰期一般可稱作生物半效期或者是生物半衰期,也可以簡寫為“t1/2”,指的是血液中藥物濃度或者是體內藥物量減低到二分之一所花費的時間。

    在某種特定劑量范圍中大部分藥物消除速度為一級,所以能夠利用K(消除速率常數)來計算t1/2,也就是t1/2=0.693/K。藥物與藥物之間的藥物半衰期差別很大,比如說洋地黃毒甙的藥物半衰期是9d、青霉素的藥物半衰期是30min;結構相似藥物以及同一種族藥物,也會出現差別較大的藥物半衰期。

    半衰期學習問題與王尚老師答疑

    王尚老師物理答疑

    學生問題1:王老師您好。一道題中說有100個鈾原子,當其中50個發生衰變的時間就是半衰期,這句話正確嗎?為什么?

    王尚老師:這句話是錯誤的,我們所說的半衰期,指的是大量粒子的概率問題,只有針對大量的原子才成立。這個所謂的大量,其數量級是多少呢?我給你個參考:1023也就是化學里面提到的阿伏伽德羅常數的數量級。用化學的語言來說,0.1mol的鈾,其中0.05mol的鈾發生衰變的時間,就是該鈾元素的半衰期。請同學們利用物理自診斷專題43和專題44典型題和我的視頻講解,來更加深入理解這個問題和原子核的其他重要考點。

    學生問題2:請問王尚老師,單質狀態存在的C13與化合狀態存在的C13,半衰期是一樣的嗎?

    王尚老師:是一樣的。半衰期只由核本身的因素所決定,而與原子所處的物理狀態或化學狀態無關。游離態(單質)或者是化合態,某元素的半衰期都是一樣的,不僅如此,高溫、高壓等外界的條件,也不會對半衰期產生影響。請同學們利用物理自診斷專題43和專題44典型題和我的視頻講解,來更加深入理解這個問題和原子核的其他重要考點。

    參考文獻

    核裂變http://www.q6113.com/zongjie/x35/481796.html

    核聚變http://www.q6113.com/zongjie/x35/481797.html

    什么是1U?U的概念詳解http://i.www.q6113.com/resource/14044.html

    為什么1u等于931.5Mev?http://blog.www.q6113.com/26768

    愛因斯坦與原子彈http://blog.teacherws.com/study/5981.html

    德布羅意波http://www.q6113.com/zongjie/x35/481800.html

    盧瑟福的散射實驗http://blog.teacherws.com/wen/13432.html

    高中物理選修3-5核心考試要點http://www.q6113.com/zongjie/x35/481815.html

     

    作者:王尚,蘇陽。校正:齊思源。版權歸屬高中物理網(www.q6113.com),嚴禁轉載。

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