什麼是衰變常數?
衰變常數(λ)代表單位時間內,某個放射性原子核發生衰變的機率。它是每一種放射性核種的基本特性,並與半衰期直接相關——半衰期就是樣本衰變掉一半所需的時間。λ 值越大,表示衰變越快(半衰期短);λ 值越小,表示衰變越慢(半衰期長)。這是一項通用的物理計算,適用於任何放射性同位素。
如何使用本計算器
輸入放射性核種的半衰期(t½),並選擇對應的時間單位(秒、分、時、日或年)。計算器會回傳以你所選單位表示的衰變常數、換算為每秒(s⁻¹)的衰變常數、平均壽命 τ,以及換算成秒的半衰期供你參考。
公式說明
這個關係式來自指數衰變定律 \(N(t) = N_0 e^{-\lambda t}\)。當 \(N(t) = N_0/2\) 時,可得 \(\tfrac{1}{2} = e^{-\lambda t_{1/2}}\)。對兩邊取自然對數得到 \(\ln(\tfrac{1}{2}) = -\lambda t_{1/2}\),因此 $$\lambda = \frac{\ln 2}{t_{1/2}}$$ 其中 \(\ln(2) \approx 0.693147\)。平均壽命則為 \(\tau = \frac{1}{\lambda} = \frac{t_{1/2}}{\ln 2}\)。
實例演算
碘-131 的半衰期約為 8.02 天。因此 $$\lambda = \frac{0.693147}{8.02} \approx 0.086428 \ (\text{每天})$$ 換算成秒:\(8.02 \text{ 天} \times 86{,}400 = 692{,}928 \text{ 秒}\),所以 $$\lambda \approx \frac{0.693147}{692{,}928} \approx 1.0003 \times 10^{-6} \ \text{s}^{-1}$$ 平均壽命為 \(\frac{8.02}{0.693147} \approx 11.57\) 天。
常見問題
衰變常數和衰變率是同一回事嗎?不是。λ 是每個原子核的固定衰變機率;而活度(每秒衰變次數)為 \(A = \lambda N\),會隨樣本中原子數量 \(N\) 的多寡而改變。
為什麼要用 ln(2)?因為半衰期定義為樣本恰好減少到原來一半所需的時間,將指數衰變定律解到這個時間點時,自然就會出現 2 的自然對數。
單位會有影響嗎?會。λ 的單位是時間的倒數,所以若半衰期以年為單位,算出的 λ 就是每年的數值。為方便起見,我們也會一併提供以每秒表示的 λ。