二、半衰期
放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。例如氨222经过α衰变成为钋218。如图,
横坐标表示时间,纵坐标表示任意时刻氨的质量m与t=0时的质量m的比值。如果隔一段时间测量一次剩余氨的数量就会发现,每过3.8d就有一半的氡发生了衰变。也就是说,经过第一个3.8d,剩有一半的氡;经过第二个3.8d,剩有1/4的氡;再经过3.8d,剩有的1/8的氡……因此,我们可以用“半衰期”来表示放射性元素衰变的快慢。放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,叫作这种元素的半衰期(half life)。
不同的放射性元素,半衰期不同,甚至差别非常大。例如,氨222衰变为钋218的半衰期是3.8d,镭226衰变为氡222的半衰期是1620年,轴238衰变为针234的半衰期竟长达4.5×10⁹年。
对于一个特定的氨原子,我们只知道它发生衰变的概率,而不知道它将何时发生衰变。一个特定的氨核可能在下1s就衰变,也可能在10min之内衰变,也可能在200万年之后再衰变。然而,量子理论可以对大量原子核的行为作出统计预测。例如,对于大量氨核,可以准确地预言在1s后、10min后,或200万年后,各会剩下百分之几没有衰变。放射性元素的半衰期,描述的就是这样的统计规律。
☞衰变是微观世界里原子核的行为,而微观世界规律的特征之一在于“单个微观事件不可以预测”。
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。例如,一种放射性元素,不管它是以单质的形式存在,还是与其他元素形成化合物,或者对它施加压力、提高温度,都不能改变它的半衰期。这是因为压力、温度或与其他元素的化合等,都不会影响原子核的结构。
半衰期公式:
式中N₀、m₀表示衰变前放射性元素的原子数和质量,N、m表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,T表示半衰期.
半衰期是放射性元素稳定性的标志,不同元素的半衰期不同,半衰期越长,元素越稳定,寿命越长;反之,元素越不稳定,寿命越短.
(3)半意期是一个统计规律
半衰期是大量原子核变的统计规律,只对大量原子核有意义,对少数原子核是没有意义的、对于一个特定的原于核,无法确定其何时发生衰变,但可以确定各个时刻发生变的概率,即某时刻良变的可能性、因此,半期只适用于大量的原子核.
例题:关于半衰期,以下说法正确的是(D)
A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长
B.升高温度可以使半衰期缩短
C.氡的半衰期为3.8天,若有4个氨原子核,经过7.6天就只剩下1个
D.氨的半衰期为3.8天,若有4克氨原子核,经过7.6天就只剩下1克
例题:为测定水库的存水量,将一瓶放射性溶液倒入水库中,已知这杯溶液每分钟衰变8×10⁷次,这种同位素半衰期为2天,10天以后从水库取出1m³的水,并测得每分钟衰变10次,求水库的存水量为多少?