放射性同位素半衰期计算器
使用半衰期公式 N=N0×(1/2)^(t/T),根据其余三个变量计算剩余量、初始量、经过时间、半衰期中的任意一个。
常见放射性同位素的半衰期
| 同位素 | 半衰期 | 主要用途・特点 |
|---|---|---|
| 碳14(¹⁴C) | 约5,730年 | 用于放射性碳定年法(碳测年) |
| 碘131(¹³¹I) | 约8天 | 用于甲状腺疾病的诊断与治疗(核医学) |
| 钴60(⁶⁰Co) | 约5.27年 | 用于癌症放射治疗及工业无损检测 |
| 铀235(²³⁵U) | 约7亿年 | 核电及核武器的裂变材料 |
| 铀238(²³⁸U) | 约44.7亿年 | 用于地球・岩石的年代测定(铀铅测年法) |
| 钚239(²³⁹Pu) | 约2.41万年 | 核电及核武器的裂变材料 |
| 钾40(⁴⁰K) | 约12.5亿年 | 用于地质学年代测定(钾氩测年法) |
使用提示
- 经过时间和半衰期务必使用相同单位输入(例如都使用"天"或都使用"年")。单位不一致将无法得到正确结果。
- 在"剩余量"计算模式下,输入初始量、半衰期与经过时间,即可得知该时间点尚未衰变的剩余量。
- "半衰期"计算模式适用于根据实验或观测数据(已知某时间点的剩余量)反推该物质固有半衰期的情形。
- 可参考下方"常见放射性同位素的半衰期"表,了解碳14测年等常见同位素半衰期的数量级。
常见问题
半衰期是指放射性物质的原子核发生衰变,使剩余量恰好减少到初始量一半所需要的时间。半衰期是每种物质(同位素)固有的数值,已知其不受周围温度、压力等环境条件影响,始终保持恒定。
不会。每经过一个半衰期,剩余量都会减半,但理论上永远不会变为零。例如经过10个半衰期后,剩余量约为初始量的0.1%(即2的10次方分之一),虽然数值会无限趋近于零,但严格意义上永远不会达到零。
生物存活期间会持续从大气中摄入碳,因此体内放射性碳14(¹⁴C)与稳定碳12的比例基本保持恒定。生物死亡后停止摄入碳,体内¹⁴C便按照其半衰期(约5,730年)以固定比例递减,因此通过测定遗址或化石中残留的¹⁴C比例,即可推算出生物死亡后经过的年数。
半衰期的长短取决于原子核的不稳定程度(即衰变的难易程度),而这又取决于原子核内质子与中子的构成比例。有些极不稳定的同位素半衰期仅为数秒至数天,而铀238等同位素的半衰期则长达数十亿年量级,与地球乃至太阳系的年龄相当。
闲话 ― 放射性衰变为何能被用作"时钟"
放射性衰变之所以能被信赖用作年代测定的"时钟",最主要的原因在于其半衰期完全不受温度、压力、化学结合状态等外部环境影响,始终以恒定的速率进行。这与化学反应速率会因温度大幅变化形成鲜明对比,体现了原子核内部物理现象所特有的稳定性。
放射性碳定年法由美国化学家威拉德・利比于1949年发明,他也因此贡献于1960年荣获诺贝尔化学奖。他的方法为考古学带来了革命性的变化,使得原本只能依靠地层或文化特征进行相对推断的遗址年代,得以通过直接的数值加以确定。
然而放射性碳定年法也存在局限性。大气中¹⁴C的浓度会因太阳活动和核试验而产生轻微波动,因此要获得准确的年代,需要借助树木年轮学等方法校正的校准曲线。此外,由于¹⁴C的半衰期约为5,730年,相对较短,因此不适用于测定超过数万年的古老样本,对于这类样本,需要根据所属年代改用半衰期更长的铀系列或钾氩法等其他同位素。