什麼是放射性衰變計算器?
放射性衰變是指不穩定原子核自發性瓦解的過程。這個計算器能根據樣本的半衰期,告訴你經過一段時間後還剩下多少。它採用通用的指數衰變定律,無論你使用哪一種單位(原子數、公克、貝克勒、莫耳)都適用,只要前後保持一致即可。
如何使用
請輸入初始量(N₀)、同位素的半衰期,以及經過時間。注意半衰期與經過時間必須使用相同的時間單位(單位下拉選單僅作為標示用途)。計算器會回傳剩餘量、已衰變量、剩餘比例(百分比)、已經歷的半衰期次數,以及衰變常數 \(\lambda\)。
公式解析
剩餘量遵循 $$N = N_0 \, e^{-\lambda t}$$ 其中衰變常數為 $$\lambda = \frac{\ln 2}{t_{1/2}}$$ 經過剛好一個半衰期後,\(e^{-\lambda t} = e^{-\ln 2} = \tfrac{1}{2}\),因此樣本恰好剩下一半——這正是半衰期的定義。每多經過一個半衰期,剩餘量就再減半一次。
實例演算
碳-14 的半衰期為 5730 年。假設一開始有 1000 個原子,經過 5730 年後:\(\lambda = \frac{\ln 2}{5730} \approx 0.000121\),而 $$N = 1000 \cdot e^{-0.000121 \cdot 5730} = 1000 \cdot 0.5 = 500 \text{ 個原子}$$ 再經過 11460 年(即兩個半衰期),就只會剩下 250 個。
常見問題
N₀ 的單位會影響結果嗎?不會——無論是公克、原子數還是放射活度,計算方式都一樣,結果會以你輸入時所用的單位呈現。
如果經過時間為零會怎樣?剩餘比例為 100%,且 \(N = N_0\),因為根本還沒有時間流逝。
可以從剩餘量反推時間嗎?只要將公式改寫為 \(t = -\frac{\ln(N/N_0)}{\lambda}\) 即可。本工具是在給定時間下求剩餘量,這也是最常見的計算方向。