什么是半衰期时间计算器?
这款计算器可以告诉你,一个按指数规律衰减的量——比如放射性同位素、体内药物浓度,或任何遵循指数衰变的物质——从初始量(\(N_0\))衰减到剩余量(\(N\))需要多长时间,前提是已知该物质的半衰期。所谓半衰期,就是恰好有一半物质完成衰变所需的时间。这一规律在放射性、药代动力学和化学反应中普遍适用。
如何使用
只需输入三个数值:半衰期(时间单位随你选择——秒、小时、天或年都可以)、初始量 \(N_0\) 以及剩余量 \(N\)。计算结果会以与半衰期相同的时间单位给出。此外,计算器还会显示已经过去了多少个半衰期,以及剩余比例(用百分比表示)。
公式详解
指数衰变遵循 $$N = N_0 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{t/t_{\frac{1}{2}}}$$ 对时间求解后可得:
$$t = t_{\frac{1}{2}} \cdot \frac{\ln\!\left(\dfrac{N_0}{N}\right)}{\ln 2}$$
比值 \(N_0/N\) 反映了已经衰变了多少;对它取以 2 为底的对数(这里写作 \(\ln(N_0/N)/\ln 2\))即可得出经过的半衰期个数,再乘以半衰期,就换算成了实际时间。
实例演算
碳-14 的半衰期为 5730 年。假设某样本仍保留原始碳-14 含量的 25%(\(N_0 = 100\),\(N = 25\))。比值为 \(100/25 = 4\),而 \(\log_2(4) = 2\) 个半衰期。于是 $$t = 5730 \times 2 = 11{,}460 \text{ 年}$$
常见问题
计算结果用什么单位? 你给半衰期用什么单位,结果就用什么单位。如果半衰期以"天"为单位,那么时间也以"天"表示。
\(N\) 可以大于 \(N_0\) 吗? 不可以——衰变只会让物质减少,因此 \(N\) 必须小于或等于 \(N_0\)。如果两者相等,时间为零。
它适用于任何衰减量吗? 是的,只要衰减是指数型的(半衰期恒定)即可,包括放射性同位素,以及符合一级动力学的药物代谢消除。