什么是衰变常数?
衰变常数(\(\lambda\))表示单个放射性原子核在单位时间内发生衰变的概率。它是每种放射性核素的基本属性,与半衰期——即样品中一半原子核发生衰变所需的时间——直接相关。\(\lambda\) 越大,衰变越快(半衰期越短);\(\lambda\) 越小,衰变越慢(半衰期越长)。这是一项普适的物理计算,适用于任何放射性同位素。
如何使用本计算器
输入放射性核素的半衰期(t½),并选择对应的时间单位(秒、分钟、小时、天或年)。计算器会给出:以你所选单位表示的衰变常数、换算为每秒(s⁻¹)的衰变常数、平均寿命 \(\tau\),以及换算为秒的半衰期,方便参考对照。
公式详解
这一关系来自指数衰变定律 \(N(t) = N_0 e^{-\lambda t}\)。令 \(N(t) = N_0/2\),可得 \(\tfrac{1}{2} = e^{-\lambda t_{1/2}}\)。对两边取自然对数得到 \(\ln(\tfrac{1}{2}) = -\lambda t_{1/2}\),于是 $$\lambda = \frac{\ln 2}{t_{1/2}}$$ 其中 \(\ln(2) \approx 0.693147\)。平均寿命即为 \(\tau = \dfrac{1}{\lambda} = \dfrac{t_{1/2}}{\ln 2}\)。
实例演算
碘-131 的半衰期约为 8.02 天。那么 $$\lambda = \frac{0.693147}{8.02} \approx 0.086428 \;(\text{每天})$$ 换算为秒:\(8.02 \text{ 天} \times 86{,}400 = 692{,}928\) 秒,因此 $$\lambda \approx \frac{0.693147}{692{,}928} \approx 1.0003 \times 10^{-6}\ \text{s}^{-1}$$ 其平均寿命为 \(8.02 / 0.693147 \approx 11.57\) 天。
常见问题
衰变常数和衰变率是一回事吗?不是。\(\lambda\) 是单个原子核固定的衰变概率;而放射性活度(每秒衰变数)为 \(A = \lambda N\),取决于现有原子数 \(N\) 的多少。
为什么要用 ln(2)?因为半衰期被定义为衰减到原始量恰好一半所需的时间,把指数衰变定律解到这一点时,自然就引入了 2 的自然对数。
单位有影响吗?有。\(\lambda\) 的量纲是时间的倒数,所以以年为单位的半衰期会得到「每年」的 \(\lambda\)。为方便起见,我们同时给出以「每秒」为单位的 \(\lambda\)。