放射性衰变与半衰期的关系

某些天然存在的同位素由于原子核中的质子和中子数量不平衡而不稳定。因此，为了变得稳定，这些同位素会经历一个称为放射性衰变的自发过程。放射性衰变导致特定元素的同位素转化为不同元素的同位素。然而，放射性衰变的最终产物总是比初始同位素稳定。某种物质的放射性衰变是通过一个称为半衰期的特殊术语来衡量的。 物质通过放射性衰变变为其初始质量的一半所需的时间被测量为该物质的半衰期。 这就是放射性衰变和半衰期之间的关系。

涵盖的关键领域

1. 什么是放射性衰变 – 定义、机制、例子 2. 什么是半条命 – 定义，举例说明 3. 放射性衰变与半衰期有什么关系 – 放射性衰变和半衰期

关键术语：半衰期、同位素、中子、质子、放射性衰变

什么是放射性衰变

放射性衰变是不稳定同位素通过发射辐射而发生衰变的过程。不稳定同位素是具有不稳定原子核的原子。由于多种原因，例如原子核中存在大量质子或原子核中存在大量中子，原子可能变得不稳定。这些原子核经历放射性衰变以变得稳定。

如果质子和中子太多，原子很重。这些重原子是不稳定的。因此，这些原子会发生放射性衰变。其他原子也可以根据它们的中子：质子比进行放射性衰变。如果这个比率太高，则它富含中子并且不稳定。如果比率太低，则它是富质子原子并且不稳定。物质的放射性衰变可能以三种主要方式发生。

阿尔法发射

阿尔法粒子与氦原子相同。它由2个质子和2个中子组成。阿尔法粒子带有 +2 电荷，因为没有电子可以中和 2 个质子的正电荷。阿尔法衰变导致同位素失去 2 个质子和 2 个中子。因此，放射性同位素的原子序数减少 2 个单位，原子质量从 4 个单位减少。铀等重元素可以进行α发射。

贝塔发射

在β发射（β）的过程中，发射出一个β粒子。根据 β 粒子的电荷，它可以是带正电的 β 粒子，也可以是带负电的 β 粒子。如果是β^– 发射，那么发射的粒子是一个电子。如果是β+发射，那么粒子就是正电子。正电子是一种粒子，除了它的电荷外，与电子具有相同的性质。正电子的电荷是正的，而电子的电荷是负的。在β发射中，中子被转化为质子和电子（或正电子）。因此，原子质量不会改变，但原子序数增加了一个单位。

伽马发射

伽马辐射不是微粒。因此，伽马辐射不会改变原子的原子序数或原子质量。伽马辐射由光子组成。这些光子只携带能量。因此，伽马发射导致同位素释放其能量。

图 1：铀 235 的放射性衰变

铀 235 是一种天然存在的放射性元素。它可以在不同条件下经历所有三种类型的放射性衰变。

什么是半条命

物质的半衰期是该物质通过放射性衰变达到其初始质量或浓度的一半所花费的时间。该术语被赋予符号 t_1/2.使用半衰期一词是因为无法预测单个原子何时会衰变。但是，可以测量放射性元素原子核减半所需的时间。

半衰期可以通过核数或浓度来衡量。不同的同位素有不同的半衰期。因此，通过测量半衰期，我们可以预测特定同位素的存在与否。半衰期与物质的物理状态、温度、压力或任何其他外部影响无关。

物质的半衰期可以使用以下公式确定。

ln(N_吨 /N_○) = 千吨

在哪里，

N_吨是物质在 t 时间后的质量

N_○ 是物质的初始质量

K是衰减常数

t 是考虑的时间

图 02：放射性衰变曲线

上图显示了一种物质的放射性衰变曲线。时间以年为单位。根据该图表，物质从初始质量 (100%) 变为 50% 所需的时间为一年。两年后，100% 变为 25%（初始质量的四分之一）。因此，该物质的半衰期为一年。

100% → 50% → 25% → 12.5% → → →

(1^英石半条命2^nd 半条命3^路半衰期）

上图总结了图表中给出的细节。