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科普 | 放射性核素半衰期

2021-11-26 16:09     来源:广东省辐射防护协会     放射性核素放射性同位素X射线装置
人类会随着时间慢慢变老,放射源则会随着时间慢慢变弱

放射源包壳里包裹的是放射性同位素,而放射性同位素会不断地衰变,随时间的推移不断变少,甚至逐渐消失。

为了度量这种变化的强弱,科学家们提出了“放射性活度”的概念,其含义可以理解为,单位时间内原子核衰变的数目。放射性活度的国际单位制专用单位是贝可勒尔,简称贝可,符号为Bq。1 Bq=1/s,即1秒发生1个衰变。早期使用的活度单位为居里(Ci),1 Ci=3.7×1010Bq。

“贝克勒尔”和“居里”,不可小视的两个单位

为纪念核科学领域两位伟大的科学家,将放射性活度用科学家名字命名基本单位,这是学界通常的做法。1975年第十五届国际计量大会为纪念法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒尔,将放射性活度的国际单位命名为贝克勒尔。而居里则是为纪念我们都知道的居里夫人而命名。1903年,居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而共同获得诺贝尔化学奖,成为历史上第一个两获诺贝尔奖的人。

“一半一半又一半,化作虚无皆不见”

为表示放射性变化的快慢,人们引入了半衰期的概念。所谓半衰期,在物理学上,一个放射性同位素的半衰期是指一个样本内,其放射性原子衰变至原来数量的一半所需的时间。半衰期越短,代表其原子越不稳定,每颗原子发生衰变的机率也越高。由于一个原子的衰变是自然地发生,即不能预知何时会发生,因此会以机率来表示。每颗原子衰变的机率大致相同,做实验的时候,会使用千千万万的原子。

从统计意义上讲,半衰期是指一个时间段T,在T这段时间内,一种元素的一种不稳定同位素原子发生衰变的概率为50%。“50%的概率”是一个统计概念,仅对大量重复事件有意义。当原子数量“巨大”时,在T时间内,将会有50%的原子发生衰变,从数量上讲就是有“一半的原子”发生衰变。在下一个T时间内,剩下未衰变的原子又会有50%发生衰变,以此类推。

半衰期越长,表明这个放射源活度变化得越慢,如土壤石材中通常含有的天然放射性核素238U、232Th等,半衰期越短,表明这个放射源的活度变化得越快,如大多人工放射性核素,相对而言半衰期较短。每种放射性核素都有一个特有的半衰期,其范围从几百万分之一秒到几十亿年。

在各种辐射中,由X射线装置产生的X射线就不存在半衰期的概念,因为只要关掉X射线装置,也就不产生X射线了。

如何测定放射性同位素的半衰期

测定方法有两种,一种是物理法,利用核物理仪器直接测定放射性同位素的放射性强度随时间的减少量,因此,又叫做直接测量法,该方法适于半衰期短、放射性强度大(如α衰变)的同位素。另一种方法是地球化学方法或叫做间接测量法,通过测定已知年龄的矿物中母体与子体含量,利用年龄公式计算获得。


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