☢️ 半衰期計算機
使用半衰期公式 N(t) = N₀ × (1/2)^(t/t½) 計算放射性物質的剩餘量。輸入初始數量、半衰期與經過時間,即可得到剩餘量、已衰變量、衰變常數等結果。
這是什麼工具?
半衰期是指某個數量減少到其初始值一半所需的時間。這個術語最常用於核物理學和化學中,用來描述不穩定同位素的放射性衰變。每種放射性物質都有其獨特的衰變速率,遵循指數衰變規律 N(t) = N₀ × (1/2)^(t/t½),其中 N₀ 為初始數量,t½ 為半衰期,t 為經過時間。
半衰期的概念適用於任何遵循指數衰變的過程。包括用於考古定年的碳-14、用於地質定年的鈾-238,以及用於甲狀腺治療的碘-131等同位素。在藥理學中,半衰期描述藥物從血液中清除的速度。在每種情況下,經過一個半衰期後,物質剩下一半;經過兩個半衰期後,剩下四分之一;經過三個後,剩下八分之一,依此類推。衰變永遠不會真正達到零,但經過約十個半衰期後,剩餘量不到原來的 0.1%,實際上已無法偵測。本計算機支援秒、分、時、天、年等任何一致的時間單位,同時計算衰變常數 λ = ln(2)/t½,即物質每單位時間的衰變速率。運作原理
半衰期計算機使用指數衰變公式 N(t) = N₀ × (1/2)^(t/t½)。首先,將經過時間 t 除以半衰期 t½,確定已過了多少個半衰期。再將此比值作為 1/2 的指數,得到剩餘物質的比例。最後乘以初始數量 N₀,即得剩餘量。
衰變常數 λ = ln(2)/t½ ≈ 0.693/t½ 是密切相關的度量,表示任一原子在單位時間內衰變的機率。兩種表示在數學上等價:N(t) = N₀ × e^(−λt)。計算機同時推導剩餘百分比、已衰變量(N₀ − N(t))以及完成的半衰期次數。
| 同位素 | 半衰期 | 用途 |
|---|---|---|
| 碳-14(C-14) | 5,730 年 | 放射性碳定年 |
| 鈾-238(U-238) | 44.7 億年 | 地質定年 |
| 碘-131(I-131) | 8.02 天 | 甲狀腺治療 |
| 鈷-60(Co-60) | 5.27 年 | 放射治療 |
| 氡-222(Rn-222) | 3.82 天 | 環境監測 |
| 鎝-99m(Tc-99m) | 6.01 小時 | 醫學影像 |
| 鈽-239(Pu-239) | 24,100 年 | 核反應器 |
| 氚(H-3) | 12.32 年 | 自發光裝置 |
使用方法
- 輸入初始數量 N₀(必須大於 0)。
- 輸入半衰期 t½ 並選擇其時間單位。
- 輸入經過時間 t 並選擇其時間單位。
- 點選計算以查看剩餘量與衰變指標。
- 檢視衰變常數、剩餘百分比與半衰期次數。
常見問題
什麼是半衰期公式?
半衰期公式為 N(t) = N₀ × (1/2)^(t/t½),其中 N₀ 為初始數量,t½ 為半衰期,t 為經過時間。它告訴你在給定時間後還剩下多少物質。
衰變常數 λ 與半衰期有何關係?
衰變常數 λ = ln(2)/t½ ≈ 0.693/t½,表示單位時間內衰變的機率,用於等價的指數形式 N(t) = N₀ × e^(−λt)。兩種表示結果完全相同。
半衰期與經過時間可以使用不同時間單位嗎?
計算機假設兩者使用相同的時間單位。若半衰期以年表示而經過時間以天表示,請先轉換其中一個使其一致(例如將天數除以 365.25 轉為年)。
經過多少個半衰期後物質才算消失?
數學上物質永遠不會真正達到零。但經過 7 個半衰期後剩餘不到 1%,經過 10 個半衰期後剩餘不到 0.1%,對大多數用途而言實際上已無法偵測。
什麼是碳定年?它如何使用半衰期?
碳定年測量有機物質中放射性同位素碳-14(半衰期約 5,730 年)的剩餘量。透過比較 C-14/C-12 比值與已知的大氣比值,科學家可以估算生物體死亡的時間。
這也適用於藥理學中的藥物排除嗎?
是的。在藥理學中,藥物的半衰期是指血液中濃度降低一半所需的時間。相同的公式可用來估算經過若干小時或天後剩餘的藥物量。
技巧與建議
處理半衰期問題時,務必先確認經過時間與半衰期的單位一致,再進行除法運算。若半衰期以年給出,但經過時間以天表示,請先轉換其中一個。記住經過 n 個半衰期後,剩餘比例為 (1/2)^n——所以經過 5 個半衰期後僅剩約 3.125%。衰變常數 λ = ln(2)/t½ 給出每單位時間的衰變速率,在需要連續速率而非離散半衰期時非常有用。對於碳定年,樣品中 C-14 與 C-12 的比值會與大氣中的比值比較,再根據已知的 5,730 年半衰期計算經過時間。請注意,半衰期計算假設是一個封閉系統,沒有外部添加或移除物質。
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