由于原子核中质子和中子数量的不平衡，某些天然存在的同位素是不稳定的。因此，为了变得稳定，这些同位素会经历一个称为放射性衰变的自发过程。放射性衰变使一种特定元素的同位素转变成另一种元素的同位素。然而，放射性衰变的最终产物总是比初始同位素稳定。某种物质的放射性衰变是用一个称为半衰期的特殊术语来衡量的。一种物质通过放射性衰变变成其初始质量的一半所用的时间被测量为该物质的半衰期。这就是放射性衰变和半衰期之间的关系。

覆盖的关键领域

1.什么是放射性衰变-定义、机制、示例2.什么是半衰期-定义、示例说明3.放射性衰变和半衰期-放射性衰变和半衰期之间的关系是什么

关键词：半衰期，同位素，中子，质子，放射性衰变

什么是放射性衰变(radioactive decay)？

放射性衰变是不稳定同位素通过发射辐射而衰变的过程。不稳定同位素是原子核不稳定的原子。一个原子可能会由于几个原因变得不稳定，例如原子核中存在大量质子或原子核中存在大量中子。这些原子核经过放射性衰变以变得稳定。

如果质子和中子太多，原子就很重。这些重原子是不稳定的。因此，这些原子可以经历放射性衰变。根据中子与质子的比值，其他原子也可以经历放射性衰变。如果这个比率太高，它是中子丰富，是不稳定的。如果比率太低，那么它是富质子原子，是不稳定的。物质的放射性衰变主要有三种方式。

• α发射/衰变
• β发射/衰变
• 伽马射线发射/衰变

α发射

α粒子与氦原子相同。它由两个质子和两个中子组成。阿尔法粒子带有+2电荷，因为没有电子中和2个质子的正电荷。α衰变导致同位素失去2个质子和2个中子。因此，放射性同位素的原子序数减少2个单位，原子质量从4个单位减少。像铀这样的重元素可以进行α发射。

β发射

在β发射过程中(β), 会发射β粒子。根据β粒子的电荷，它可以是一个正电荷的β粒子，也可以是负电荷的β粒子。如果是β– 发射，然后发射的粒子是一个电子。如果是β+ 发射，那么粒子是正电子。正电子是一种粒子，它的性质与电子相同，但电荷除外。正电子的电荷是正的，而电子的电荷是负的。在β发射中，中子被转换成质子和电子（或正电子）。因此，原子质量不会改变，但原子数增加了一个单位。

伽马射线发射

伽马辐射不是颗粒。因此，伽马发射不会改变原子的原子数或原子质量。伽马辐射由光子组成。这些光子只携带能量。因此，伽马辐射使同位素释放能量。

Figure 1: Radioactive Decay of Uranium-235

铀235是一种天然的放射性元素。它可以在不同的条件下经历三种类型的放射性衰变。

什么是半衰期(half life)？

物质的半衰期是指该物质通过放射性衰变而成为其初始质量或浓度的一半所花费的时间。这个术语被赋予符号t1/2。使用半衰期这个术语是因为无法预测单个原子何时会衰变。但是，可以测量到一半核所需的时间。

半衰期可以用原子核的数目或浓度来测量。不同的同位素有不同的半衰期。因此，通过测量半衰期，我们可以预测特定同位素的存在与否。半衰期与物质的物理状态、温度、压力或任何其他外界影响无关。

物质的半衰期可以用下列方程式来确定。

ln（Nt/No）=千吨

哪里，

Nt是t时间后物质的质量

No是物质的初始质量

K是衰变常数

t是考虑的时间

Figure 02: A Curve of Radioactive Decay

上图显示了一种物质的放射性衰变曲线。时间以年为单位。根据该图表，物质从初始质量（100%）变为50%所需的时间为一年。两年后100%变成25%（初始质量的四分之一）。因此，该物质的半衰期为一年。

100% → 50% → 25% → 12.5% → → →

（上半衰期）（下半衰期）（下半衰期）

上图总结了图表中给出的细节。

放射性衰变与半衰期的关系

放射性衰变与放射性物质的半衰期之间有直接关系。放射性衰变率用半衰期当量测量。从上述方程出发，我们可以导出另一个计算放射性衰变率的重要方程。

ln（Nt/No）=千吨

由于质量（或原子核的数目）是半衰期后初始值的一半，

Nt=否/2

那么，

ln（{No/2}/No）=kt1/2

ln（{1/2}/1）=kt1/2

ln（2）=kt1/2

因此，

t1/2=液氮/k

ln2值为0.693。那么，

t1/2=0.693/k

这里，t1/2是物质的半衰期，k是放射性衰变常数。上面推导的表达式告诉我们，高放射性物质消耗很快，而弱放射性物质需要较长的时间才能完全衰变。因此，半衰期长表示放射性衰变快，半衰期短表示放射性衰变日慢。有些物质的半衰期无法确定，因为它可能需要数百万年才能经历放射性衰变。

结论

放射性衰变是指不稳定同位素通过辐射而衰变的过程。物质的放射性衰变与半衰期有直接关系，因为放射性衰变率是用半衰期的当量来衡量的。

引用

1.《放射性衰变的半衰期——无限开放教科书》，无限。2016年5月26日。这里有。2017年8月1日。 2.“自然放射性衰变的过程。”假人。N.p.，N.d.网站。这里有。2017年8月1日。 2.“自然放射性衰变的过程。”假人。N.p.，N.d.网站。