关于此实验
你无法预知某个放射性原子核何时会衰变。可能是下一秒，也可能是一千年后。但在一个较大的样品中，每经过相同的一段时间，就会有相同比例的原子核衰变，因此剩余原子核的数量会以稳定的速率一次又一次减半。这段时间就是半衰期。观察一份原子核样品随机衰变，聆听盖革计数器的声音，并将结果与平滑的预测曲线进行比较，看看为什么样品越大，结果就越接近这条曲线。
学习目标
- 将放射性衰变描述为随机过程
- 定义半衰期，并从衰变曲线中读出半衰期
- 计算经过整数个半衰期后剩余的量
- 解释为什么放射性活度会与原子核数量以相同的方式下降
- 解释为什么小样品的结果不如大样品贴近预测值
使用方法
- 1按下“开始”并观察。你能预测下一个衰变的原子核是哪一个吗？
- 2点击“三次下一半衰期”。每次记录剩余数量，并与 400、200、100、50 进行比较。
- 3将原子核数量设为 100，点击几次“新样本”。测得的半衰期变化了多少？再将原子核数量设为 1600 重复操作。
- 4将图表切换为“放射性活度”。每经过一个半衰期，活度会如何变化？
- 5更换同位素。图表形状会变化，还是只有时间尺度会变化？
- 6开启盖革计数器的点击声，听着样本衰变时计数率逐渐下降。
模型
假设
- 每个原子核都以相同的单位时间衰变概率独立衰变。衰变时间由带种子的随机数生成器生成，因此每个样本数量总会得到相同的结果。
- 时间以半衰期为单位测量，并根据所选同位素换算成秒、天或年。播放速度只会改变屏幕上时钟运行的快慢。
- 在这里，衰变产物不具有放射性。真实的衰变链，例如铀-238的衰变链，包含许多具有放射性的子体核素。
- 没有本底辐射，而且盖革计数器能够检测到每一次衰变。
在课堂上试试这个实验
- Q1一份碘-131样品的放射性活度为800 Bq。24天后，它的放射性活度是多少？
- Q2经过多少个半衰期后，样品剩余量会低于1%？
- Q3一块木头所含的碳-14只有活树木的25%。它有多古老？
- Q4即使半衰期已被精确测定，为什么仍无法准确说出单个原子核会在什么时候衰变？
- Q5为什么医疗示踪剂使用半衰期较短的同位素，而不是半衰期较长的同位素？
常见问题
原子核会随着变老而越来越容易衰变吗？
不是。原子核不会变老。它在接下来一秒内发生衰变的概率，无论它是刚刚形成还是在十亿年前形成，都一样。因此，每经过一个半衰期，就会有相同比例的原子核发生衰变。
为什么测得的半衰期不恰好是1？
因为衰变是随机的。在含有100个原子核的样品中，50个原子核发生衰变所需的时间会因样品而异。原子核数量越多，波动越小；实际样品含有数十亿亿个原子核，因此几乎完全符合这条曲线。
加热或加压会改变半衰期吗？
实际上不会。放射性衰变发生在原子核内部，通常的温度、压力和化学反应几乎不会对它产生影响。这正是放射性定年法可靠的原因。