什麼是有效半衰期?
當放射性物質進入人體後,會同時受到兩種獨立機制的作用而逐漸減少。第一種是物理放射性衰變,以物理半衰期(\(T_{\text{physical}}\))來描述。第二種是透過新陳代謝與排泄而進行的生物性排除,以生物半衰期(\(T_{\text{biological}}\))來描述,也就是身體將體內半數物質清除所需的時間。有效半衰期(\(T_{\text{effective}}\))則是在這兩種機制同時作用下,體內活度降到一半所需的時間,它一定會比上述任一個半衰期都來得短。這是放射防護物理中的通用觀念,適用於世界各地。
如何使用本計算器
從下拉選單中挑選一種同位素,系統會自動帶入常見的參考數值;或選擇「自訂」自行輸入。分別填入物理半衰期與生物半衰期,並各自選擇時間單位(秒、分鐘、小時、天或年)。接著選定輸出單位,即可讀取有效半衰期,以及有效排除速率常數與換算成多種單位後的數值。
公式說明
衰變常數與半衰期的關係為 \(\lambda = \ln(2) / T\)。由於兩種排除途徑彼此獨立,它們的速率常數可直接相加:\(\lambda_{\text{eff}} = \lambda_{\text{physical}} + \lambda_{\text{biological}}\)。兩邊同除以 \(\ln(2)\),便得到倒數相加的關係式 $$\frac{1}{T_{\text{eff}}} = \frac{1}{T_{\text{phys}}} + \frac{1}{T_{\text{bio}}}$$ 整理後即為 $$T_{\text{eff}} = \frac{T_{\text{phys}} \times T_{\text{bio}}}{T_{\text{phys}} + T_{\text{bio}}}$$ 套用公式前,兩個半衰期必須換算成相同單位,因此本計算器會先把所有數值統一轉換為秒。
範例演算
碘-131 的物理半衰期為 8.04 天,生物半衰期為 138 天。$$T_{\text{eff}} = \frac{8.04 \times 138}{8.04 + 138} = \frac{1109.52}{146.04} = 7.60 \text{ 天}$$ 如預期一般,這個結果比 8.04 天的物理半衰期還要短。其有效排除常數為 \(\ln(2) / 7.60 = 0.0912\) 每天。
常見問題
為什麼有效半衰期會比兩個輸入值都短?因為兩種排除機制平行運作,清除物質的速度自然比單獨任一機制都來得快。
如果沒有生物性排泄(例如惰性氣體或穩定元素)該怎麼辦?請輸入一個非常大的生物半衰期。如此一來該項便可忽略不計,有效半衰期會趨近於物理半衰期。
這些預設數值是從哪裡來的?它們是常見的參考值(例如取自 HyperPhysics 資料表),不同資料來源之間會略有差異,因此您隨時都可以自行覆寫修改。