第-0.3章 元素半衰期

放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期，英文名是Half-life。

而随着放射的不断进行，放射强度将按指数曲线下降，放射性强度达到原值一半所需要的时间，就叫做同位素的半衰期。

而原子核的衰变规律是：N=N0×(1/2)t/T。

其中：N0是指初始时刻（t=0）时的原子核数，t为衰变时间，T为半衰期，N是衰变后留下的原子核数。

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放射性元素的半衰期长短差别很大，短的远小于一秒，长的可达数百亿年。

在物理学中，尤其是高中物理，半衰期并不能指少数原子，它的定义为：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

所以一个放射性同位素的半衰期，是指一个样本内，其放射性原子，衰变至原来数量的一半所需的时间。

半衰期越短，代表其原子越不稳定，每颗原子发生衰变的几率也越高。

而由于一个原子的衰变是自然地发生，即不能预知何时会发生，因此会以几率来表示。

每颗原子衰变的机率大致相同，做实验的时候，会使用千千万万的原子。

从统计意义上讲，半衰期是指一个时间段T，在T这段时间内，一种元素的一种不稳定同位素原子发生衰变的概率为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%）。

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现在可知衰变是微观世界里的原子核的行为。

而微观世界规律的特征之一，在于“单个的微观事件是无法预测的”，即对于一个特定的原子，我们只知道它发生衰变的概率，而不知道它将何时发生衰变。

然而，量子理论可以对大量原子核的行为做出统计预测。

而放射性元素的半衰期，描述的就是这样的统计规律。

放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关。

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应该注意的是，并非经过两个半衰期，所有辐射都将消失。

因为放射性是一种概率现象，每经过一个半衰期，初始原子会消失50%，即辐射的危险会降低一半，但还能延续很多个半衰期。

而只要还有最后一个原子没衰变，放射性就不可能完全消失。

不过通常来说，在经过30个半衰期后，辐射已减至原来的十亿分之一，基本无法被探测到，也就没有危害了。

半衰期也不是一定的，如碘的半衰期为8天，并不是说碘一过8天，原子数量就会减少50%，半衰期只是一种平均现象。

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爱因斯坦定律:

当原子开始发生衰变，其数量会越来越少，衰变的速度也会因而减慢。

例如一种原子的半衰期为一小时，一小时后其未衰变的原子会剩下原来的二分一，两小时后会是四分一，三小时后会是八分一。

原子的衰变会产生出另一种元素，并会放出阿尔法粒子、贝塔粒子或中微子，在发生衰变后，该原子也会释出γ射线。

根据爱因斯坦的质能守恒公式E=mc2，衰变是其中一个把质量转为能量的方式。

通常衰变所产生的产物多也是带放射性，因此会有一连串的衰变过程，直至该原子衰变至一稳定的同位素。

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自然界和人工生产的元素中，有一些能自动发生衰变，并放射出肉眼看不见的射线。

这些元素统称为放射性元素或放射性物质。

因为放射性元素的原子核在衰变过程中放出α、β、ν等射线的现象，叫放射性。

其射线可杀死生物体内的有机体，引起癌变、白血病、骨髓病等。

然而在自然状态下，来自宇宙的射线和地球环境本身的放射性元素一般不会给生物带来危害。

但50年代以来，人的活动使得人工辐射源和人工放射性物质大大增加，环境中的射线强度随之增强，危及生物的生存，从而产生了放射性污染。

放射性污染很难消除，射线强度只能随时间的推移而衰减。

放射性对人体的危害:大剂量的照射下，放射性对人体和动物存在着某种损害作用。

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

照射剂量在150rad以下，死亡率为零，但并非无损害作用，住往需经20年以后，一些症状才会表现出来。

放射性也能损伤遗传物质，主要在于引起基因突变和染色体畸变，使一代甚至几代受害。