關於此實驗
你無法預知某個放射性原子核何時會衰變。可能是下一秒，也可能是一千年後。但在較大的樣本中，每經過相同的一段時間，就會有相同比例的原子核衰變，因此剩餘原子核的數量會以穩定的速率一次又一次減半。這段時間就是半衰期。觀察一份原子核樣本隨機衰變，聆聽蓋革計數器的聲音，並將結果與平滑的預測曲線比較，看看為什麼樣本越大，結果就越接近這條曲線。
學習目標
- 將放射性衰變描述為隨機過程
- 定義半衰期，並從衰變曲線讀出半衰期
- 計算經過整數個半衰期後剩餘的量
- 解釋為什麼放射性活度會與原子核數量以相同的方式下降
- 解釋為什麼小樣本的結果不如大樣本貼近預測值
使用方法
- 1按下「開始」並觀察。你能預測下一個衰變的原子核是哪一個嗎？
- 2點擊「下一個半衰期」三次。每次記錄剩餘數量，並與 400、200、100、50 比較。
- 3將原子核數量設為 100，點擊幾次「新樣本」。測得的半衰期變化了多少？再將原子核數量設為 1600 重複操作。
- 4將圖表切換為「放射性活度」。每經過一個半衰期，活度會如何變化？
- 5更換同位素。圖表形狀會改變，還是只有時間尺度會改變？
- 6開啟蓋革計數器的點擊聲，聽著樣本衰變時計數率逐漸下降。
模型
假設
- 每個原子核都以相同的單位時間衰變機率獨立衰變。衰變時間由帶種子的亂數產生器生成，因此每個樣本數量總會得到相同的結果。
- 時間以半衰期為單位測量，並依據所選同位素換算成秒、天或年。播放速度只會改變畫面上時鐘運行的快慢。
- 在這裡，衰變產物不具放射性。真實的衰變鏈，例如鈾-238的衰變鏈，包含許多具放射性的子體核種。
- 沒有背景輻射，而且蓋革計數器能偵測到每一次衰變。
在課堂上試試這個實驗
- Q1一份碘-131樣品的放射性活度為800 Bq。24天後，它的放射性活度是多少？
- Q2經過多少個半衰期後，樣品剩餘量會低於1%？
- Q3一塊木頭所含的碳-14只有活樹木的25%。它有多古老？
- Q4即使半衰期已被精確測定，為什麼仍無法準確說出單一原子核會在什麼時候衰變？
- Q5為什麼醫療追蹤劑使用半衰期較短的同位素，而不是半衰期較長的同位素？
常見問題
原子核會隨著變老而越來越容易衰變嗎？
不是。原子核不會變老。它在接下來一秒內發生衰變的機率，無論它是剛形成還是在十億年前形成，都相同。因此，每經過一個半衰期，就會有相同比例的原子核發生衰變。
為什麼測得的半衰期不恰好是1？
因為衰變是隨機的。在含有100個原子核的樣本中，50個原子核發生衰變所需的時間會因樣本而異。原子核數量越多，變動越小；實際樣本含有數十億億個原子核，因此幾乎完全符合這條曲線。
加熱或加壓會改變半衰期嗎？
實際上不會。放射性衰變發生在原子核內部，一般的溫度、壓力和化學反應幾乎不會對它造成影響。這正是放射性定年法可靠的原因。