什么是放射性衰变计算器?
放射性衰变是指不稳定原子核自发裂变的过程。本计算器可以根据样品的半衰期,算出在经过一段时间后还剩下多少。它采用通用的指数衰变定律,只要单位保持一致,就适用于任何计量方式(原子数、克、贝可勒尔、摩尔等)。
使用方法
请输入初始量(N₀)、同位素的半衰期以及经过时间。注意半衰期和经过时间必须使用相同的时间单位(单位下拉菜单仅作标注用途)。计算器会返回剩余量、已衰变量、剩余比例(百分比)、已经过的半衰期个数,以及衰变常数 \(\lambda\)。
公式解析
剩余量遵循公式 $$N = N_0 \, e^{-\lambda t}$$ 其中衰变常数为 $$\lambda = \frac{\ln 2}{t_{1/2}}$$ 经过整整一个半衰期后,\(e^{-\lambda t} = e^{-\ln 2} = \frac{1}{2}\),因此样品恰好剩下一半——这正是半衰期的定义。此后每经过一个半衰期,剩余量都会再减半。
实例演算
碳-14 的半衰期为 5730 年。若起始有 1000 个原子,经过 5730 年后:\(\lambda = \frac{\ln 2}{5730} \approx 0.000121\),则 $$N = 1000 \cdot e^{-0.000121 \cdot 5730} = 1000 \cdot 0.5 = 500 \text{ 个原子}$$ 再经过到 11460 年(两个半衰期)时,则只剩下 250 个。
常见问题
N₀ 的单位有影响吗?没有——无论是克、原子数还是放射性活度,计算方式都一样,结果会以你输入时所用的单位呈现。
如果经过时间为零会怎样?此时剩余比例为 100%,且 \(N = N_0\),因为还没有任何时间流逝。
能根据剩余量反推时间吗?可以,把公式变形为 $$t = -\frac{\ln(N/N_0)}{\lambda}$$ 即可。本工具用于在给定时间的情况下求剩余量,这也是最常见的计算方向。