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Half-Life : Introduction to half-life
相關課程
- 在上集中我們看到
- 各種不同類型的同位素原子
- 經曆放射性放射衰變
- 然後轉變成其它的原子
- 並釋放不同類型的粒子
- 但是問題是
- 何時原子或原子核決定放射衰變呢？
- 假設有大量的…
- 假設這些都是原子
- 這有許多原子
- 假設我們正在討論
- 一個原子變成另一個原子的放射衰變類型
- 那麽質子數會改變
- 原子序要改變
- 那麽它可能是β放射衰變
- 從中子中釋放電子
- 然後變成質子
- 或是β+放射衰變 質子變成中子
- 但是這裡它們都不重要
- 假設有一群原子
- 正常來說如果我們有少量的任何元素
- 實際上就有了大量那種原子了
- 而且我們已經講過莫耳還有…
- 你知道 1g碳12(C12)--
- 抱歉 12g
- 12g碳12
- 就有1mol碳12原子
- 1mol碳12
- 那1mol碳12是多少呢？
- 那是6.02<i>10^(23)個碳12原子</i>
- 這是一個非常大的數目
- 這超出了
- 我的腦袋能夠舉例的
- 數目的大小
- 而這還是只有12g的時候
- 12g不是很大的質量
- 例如 1kg是大約兩磅
- 那麽這大約是多少呢？
- 大概是1/50lb\N【譯者注：磅的單位符號爲lb】
- 但是這不是很大的質量
- 而磅顯然指的是重力大小
- 你懂的
- 在地球上任何地方 質量是不變的
- 這不是一個很大的量
- 那這樣的話
- 我們回到問題 我們怎樣知道
- 這些家夥之一會不會以某種方式放射衰變
- 不一定是碳12
- 或許是碳14(C14) 或別的
- 我們如何知道它們將要放射衰變呢？
- 回答是 你不知道
- 它們都有放射衰變的可能
- 在任一時刻 對某一種元素
- 或者是某一種元素的同位素
- 它們中某一個可能會放射衰變
- 你知道 或許這一秒這個家夥會放射衰變
- 然後過很久很久 什麽也沒發生
- 然後突然地又有兩個家夥放射衰變了
- 那麽 像化學中的所有東西
- 還有許多我們正在討論的
- 物理學和量子力學的內容
- 一切都是有可能性的
- 我的意思是 如果我們很了解
- 原子核的詳細結構
- 或許我們能更好理解
- 它們的機率
- 但我們不知道原子核內部情況
- 所以我們能做的只是
- 把反應總結成機率
- 現在你可以說 那好
- 在一秒內任一原子核放射衰變的
- 機率是多少呢？
- 或許你可以這樣定義它
- 但是我們習慣在宏觀水平上
- 討論事物
- 你知道 討論大量的原子
- 所以我們就想出了術語
- 來幫助我們避開這個
- 而其中一個術語就是半生期
- 讓我把下面的這些擦掉
- 那麽我來作個描述 我們希望
- 能從直觀上了解半生期是什麽意思
- 那麽在這我寫下一個放射衰變反應
- 這是碳14(C14)
- 它放射衰變成氮14(N14)
- 我們順便複習一下
- 它從6個質子變成7個質子
- 而原子質量沒有改變
- 那麽其中一個中子一定變成了質子
- 而那就是變化
- 它是通過釋放一個電子實現的
- 它被稱作β粒子
- 我們可以把它寫成帶一個負電荷
- 質量接近0
- 它確實是有質量的 不過我們寫成0
- 這只是個提示
- 所以這是β放射衰變
- β放射衰變 只是複習一下
- 但是我們定義半生期的方式是
- 人們已經研究過碳然後他們說
- 看 如果開始是10g
- 如果我有一塊10g的碳
- 如果我希望得到碳14的半生期
- 這是碳的具體一種同位素
- 記住 同位素 如果這是碳
- 可以是碳12 原子質量數是12
- 或者是14 我的意思是
- 各個元素分別有不同的同位素
- 而原子序定義了碳
- 因爲它有6個質子
- 碳12有6個質子
- 碳14也有6個質子
- 但是它們的中子數不同
- 所以如果你中子數不同的
- 同種元素時
- 那就是一個同位素
- 那麽碳14 或者說碳的同位素
- 假設開始時是10g
- 如果他們說它的半生期是5,740年
- 那表示 第一天
- 我們從純的10g碳14開始
- 5,740年以後
- 有一半會變成氮14
- 通過β放射衰變
- 而你可能說 那好 或許--
- 我們看一下 讓我把氮畫成洋紅色
- 在這 那麽你可能說 好
- 或許就是這一半變成了氮
- 而且我已經看過這種畫法
- 出現在一些化學課或物理課上
- 而我馬上會問
- 這一半如何知道它要變成氮呢？
- 而這一半如何知道它一定還會是碳呢？
- 答案是 它們不知道
- 而其實不該畫成這樣的
- 那麽我重畫一下
- 那麽這是我們原來的那塊碳14
- 5,740年裏面發生的就是
- 很有可能 其中一些家夥開始
- 在任意的時間點 隨機地變成氮
- 而5,740 年後
- 你肯定會說
- 這些碳原子中的任何一個都有50%的可能
- 變成一個氮原子
- 那麽5,740年以後 碳的半生期
- 這些家夥中任何一個有50%的可能性
- 會變成氮
- 那麽如果經曆了一個半生期後
- 一半原子將成爲氮
- 所以現在 一個半生期後…
- 大家無視這個吧
- 那我們從這個開始
- 這10g都是碳
- 10g碳14
- 這是一個半生期後的
- 而現在有5g碳14
- 還有5g氮14
- 好了吧
- 我們來想想又一個半生期後會怎麽樣
- 那我們說過在一個半生期中
- 5,740年是碳14的半生期
- 不同的元素有不同的半生期
- 如果它們是放射性的
- 5,740年後有50%…
- 如果我只考慮某一個原子
- 有50%的可能性它會放射衰變
- 那麽如果經曆了另一個半生期
- 如果從這經曆另一個半生期
- 這我有5g碳14
- 我複製粘貼一下
- 這就是我的初始情況
- 現在另一個半生期後
- 你可以忽略這些小瑕疵
- 其實我可以擦掉這上邊
- 我弄幹淨點
- 又一個半生期後 會變怎麽樣？
- 呐 現在我剩下5g碳14
- 這5g碳14
- 當中每一個原子仍然有…
- 在下一個…
- 不管是多少 嗯 5,740年
- 5,740年以後
- 所有這些仍然有50%的可能性
- 根據大數定律\N【譯者注：大數定律是一個機率學定理】
- 它們中的一半將會變成氮14
- 那麽就有了更多向氮14的轉化
- 那麽現在是5g的一半
- 所以我們只剩下2.5g碳14
- 那麽有多少氮14呢？
- 這又有2.5g變成氮
- 所以現在我們有7.5g氮14
- 而我們可以不斷不斷進行
- 每個半生期過後 5,740年
- 剩下的是初始值一半的碳
- 但是總會剩下一些碳的
- 但是我來問你一個問題
- 假設開始時是一個碳原子
- 假設只有這個碳原子
- 你知道 我了解它的原子核 碳14的
- 那麽它有6個質子
- 1、2、3、4、5、6個
- 它有8個中子
- 它有6個電子
- 1、2、3、4、5、6 哪兒都行
- 那會怎麽樣？
- 1秒後會怎麽樣？
- 嗯 不知道
- 它可能仍然是碳
- 但是有一定的可能性
- 在1秒後
- 它會變成氮14
- 那十億年後呢？
- 那十億年後我會說 你知道
- 那時它可能已經變成了氮14了
- 但是我不確定
- 它可能是一個超穩定的原子核
- 只是剛好
- 違背了更大的可能 而仍然是碳14
- 所以一個半生期後
- 如果5,740年後看這個原子
- 你不知道它是否變成了一個氮原子
- 對於具體的原子 你只知道
- 它有50%的可能性變成一個氮原子
- 現在 如果你觀察大量原子
- 我的意思是 如果開始接近
- 你知道 阿伏伽德羅常數或更大的
- 我擦掉這個
- 那麽忽然之間
- 你可以應用大數定律然後說
- 好吧 平均來說
- 如果這些原子中每個都有50%的可能性
- 而如果我有許多這樣的原子
- 那它們中的一半將變成氮
- 我不知道是哪一半
- 但是一半會變成氮原子
- 那麽你可能有這樣一個問題
- 開始時 噢 嗯…
- 假設開始時是80g的某種東西
- 我們就叫它X吧
- 它的半生期是2年
- 我只在編一個化合物
- 2年的半生期
- 然後假設我們進入了一個時光機
- 我們看一下我們的樣品
- 假設我們只剩下10g樣品
- 而我們想知道已經過了多長時間
- 那剩下10g X
- 多久？
- 你知道 X每時每刻都在放射衰變
- 那這經過了多久呢？
- 那我們來想想
- 開始時是80g
- 2年後 剩下多少呢？
- 我們會剩下40g 那t等於2
- 但是又一個2年後 還有多少呢？
- 我們會剩下20g
- 那t等於3 抱歉 t等於4年
- 那麽再過2年
- 將只剩下那個的一半
- 那現在將只剩下10g
- 結果就出來了
- t等於6
- 那麽如果你有一些化合物
- 開始時是80g
- 你還知道它的半生期是2年
- 你進入一個時光機
- 而你沒有建立好你的時光機
- 你不知道它怎麽調時間
- 你只是看著你的樣品
- 你會說 噢 只剩下10g了
- 你就知道已經過了1、2、3個半生期
- 而你也可以這樣想
- 因爲每次都是原樣品的1/2
- 這是半生期數
- 3個半生期後
- 將還有1/8的原樣品
- 也就是現在剩下的
- 就是80g的1/8
- 而這只是你思考的
- 一種虛擬情況
- 這是正好半生期是整數
- 在下集中我們將繼續研究
- 如果我問你一個問題
- 就在10天後
- 剩下多少粒子 或者剩下多少克呢？
- 或者2年半呢？
- 我們會在下集中討論
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