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半衰期

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什么是半衰期?

放射性元素的大量原子核,有半数发生衰变所需要的时间,称之为该元素的半衰期。 半衰期是从统计意义上讲的。

半衰期是指一个时间段T,在T这段时间内,一种不稳定同位素原子数发生衰变的概率为50%。 “50%的概率”是一个统计概念,仅对大量重复事件有意义。

当原子数量“巨大”时,在T时间内将会有50%的原子发生衰变。 从数量上讲就是有“一半的原子”发生衰变。在下一个T时间内,剩下未衰变的原子又会有50%发生衰变,以此类推。

但当原子的个数不再“巨大”时,例如只剩下20个原子还未衰变时,那么“50%的概率”将不再有意义。这时,经过T时间后。发生衰变的原子个数不一定是10个(20×50%)。

半衰期示意图

想深入理解半衰期,同学们首先要搞懂什么是衰变。请同学们先来复习下这篇文章

放射性元素衰变http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481798.html

衰变的概念

放射性元素的衰变

能自发从原子核内部放射出射线性质称为放射性,这一放射过程我们叫做放射性衰变,简称衰变。

任何一种具有放射性的元素,都有其衰变的半衰期。

放射性元素

衰变的过程中,原子核会放出α粒子或β粒子,由于核电荷数变了,它在周期表中的位置就变了,变成另一种原子核。三种典型的衰变介绍如下:

α衰变

原子核自发地放射出α粒子(氦核)的衰变过程称为α衰变;U238的α衰变方程如下:

α衰变方程式

请同学们注意,α衰变释放出来的α粒子是氦核,而并非氦原子。

β衰变

原子核自发地放射出β粒子(高速电子)的衰变过程称为β衰变;一种典型是β衰变方程如下:

β衰变方程式

γ衰变

γ辐射通常伴随其他形式的辐射产生(α射线,β射线)。当一个原子核发生α衰变或者β衰变时,生成的新原子核有时会处于激发态。根据波尔能级模型可知,新原子核会向低能级发生跃迁,同时以γ射线的形式释放能量。

严格来说,上述的α衰变方程与β衰变方程,在尾部都应该加一个γ。

γ射线,x-射线,可见光和紫外线,都是不同形式的电磁辐射,俗称电磁波。唯一的区别是他们的频率不同,对应光子的能量不同。整个电磁波谱中γ光子的能量最高。

此部分内容的深入理解请同学们参考文章《波尔能级模型》与《光电效应》。

半衰期图像

半衰期的计算公式

从半衰期的定义出发,结合等比数列概念,我们知道,经历N个半衰期后,剩余的质量为: m=M(1/2)^(t/T) 其中M为反应前原子核质量,m为反应后原子核质量,t为反应时间,T为半衰期。显然,N=t/T;

半衰期解题须知

我们首先来复习解释几个关于半衰期的概念,便于大家理解半衰期。

(1)半衰期的定义:放射性元素的大量原子核,有半数发生衰变所需要的时间,称之为该元素的半衰期。

(2)半衰期的意义:反映了核衰变过程的统计快慢程度。

(3)半衰期的决定特征:只由核本身的因素所决定,而与原子所处的物理状态或化学状态无关。(王尚老师注解:这里最容易出题)

放射性物质标志

对半衰期的理解:大家要搞清半衰期的上述分析,避免如下错误认识,也就正确地理解了半衰期的真正含义。

第一种对半衰期错误认识是:放射性元素的核,经过一个半衰期T,衰变了一半,再经过一个半衰期T,全部衰变完。(应该剩余1/4) 第二种对半衰期错误认识是:若有4个放射性元素的核,经过一个半衰期T,将衰变2个。

事实上,N0个某种放射性元素的核,经过一个半衰期后后剩下的这种核的个数为N0/2;而对于少量的核(比如10个),是无法确定其衰变半数所需要的时间的。

药物半衰期与给药间隔

药物半衰期一般可称作生物半效期或者是生物半衰期,也可以简写为“t1/2”,指的是血液中药物浓度或者是体内药物量减低到二分之一所花费的时间。

在某种特定剂量范围中大部分药物消除速度为一级,所以能够利用K(消除速率常数)来计算t1/2,也就是t1/2=0.693/K。药物与药物之间的药物半衰期差别很大,比如说洋地黄毒甙的药物半衰期是9d、青霉素的药物半衰期是30min;结构相似药物以及同一种族药物,也会出现差别较大的药物半衰期。

半衰期学习问题与王尚老师答疑

王尚老师物理答疑

学生问题1:王老师您好。一道题中说有100个铀原子,当其中50个发生衰变的时间就是半衰期,这句话正确吗?为什么?

王尚老师:这句话是错误的,我们所说的半衰期,指的是大量粒子的概率问题,只有针对大量的原子才成立。这个所谓的大量,其数量级是多少呢?我给你个参考:1023也就是化学里面提到的阿伏伽德罗常数的数量级。用化学的语言来说,0.1mol的铀,其中0.05mol的铀发生衰变的时间,就是该铀元素的半衰期。请同学们利用物理自诊断专题43和专题44典型题和我的视频讲解,来更加深入理解这个问题和原子核的其他重要考点。

学生问题2:请问王尚老师,单质状态存在的C13与化合状态存在的C13,半衰期是一样的吗?

王尚老师:是一样的。半衰期只由核本身的因素所决定,而与原子所处的物理状态或化学状态无关。游离态(单质)或者是化合态,某元素的半衰期都是一样的,不仅如此,高温、高压等外界的条件,也不会对半衰期产生影响。请同学们利用物理自诊断专题43和专题44典型题和我的视频讲解,来更加深入理解这个问题和原子核的其他重要考点。

参考文献

核裂变http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481796.html

核聚变http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481797.html

什么是1U?U的概念详解http://i.gaozhongwuli.com/resource/14044.html

为什么1u等于931.5Mev?http://blog.gaozhongwuli.com/26768

爱因斯坦与原子弹http://blog.teacherws.com/study/5981.html

德布罗意波http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481800.html

卢瑟福的散射实验http://blog.teacherws.com/wen/13432.html

高中物理选修3-5核心考试要点http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481815.html

作者:王尚,苏阳。校正:齐思源。版权归属高中物理网(gaozhongwuli.com),严禁转载。

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本文发表于2018年04月17日;标签归档: ;本站文章拒绝任何形式转载,否则法庭见。