☢️半衰期计算器 - 放射性衰变、碳-14 定年、活度计算
放射性核素每经过一个半衰期 T½,剩下的原子数就减半:N = N₀ × (1/2)^(t/T½) = N₀e^(−λt),衰变常数 λ = ln2 / T½,平均寿命 τ = 1/λ ≈ 1.443 T½。例如 10 g 碘-131(T½ ≈ 8.02 天)经过 24.06 天即 3 个半衰期后剩 10 × 1/8 = 1.25 g;碳-14 剩余 25% 说明经过了 2 个半衰期,年龄约 2 × 5730 = 11460 年。本工具可以在 N₀、N、t、T½ 四个量中任选一个未知量求解,时间单位支持秒、分、时、天、年,内置碳-14、铀-238、碘-131、钴-60、铯-137、镭-226、氡-222、锝-99m、氟-18 等 30 余种常见核素的半衰期(NNDC / NUBASE 评价值),并画出带半衰期标记的衰变曲线,拖动即可读出任意时刻的剩余量。活度页根据样品质量算出原子数和活度 A = λN(Bq 与 Ci)、比活度以及一段时间后的活度;碳-14 定年页由剩余百分比或比活度求年龄,同时给出 5730 年和 Libby 5568 年两种结果。勾选“化学一级反应”后,同一套公式用于 [A] = [A]₀e^(−kt)、t½ = ln2 / k,可直接输入速率常数 k。
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如何使用半衰期与放射性衰变
- 1选择核素(或自定义半衰期),选择要求的未知量
- 2填写其余三个量和时间单位,查看结果、衰变常数、平均寿命和衰变曲线
- 3需要时切换到活度计算或碳-14 定年页;化学动力学问题可勾选“一级反应”模式
常见问题
- 半衰期怎么计算?
- 公式 N = N₀ × (1/2)^(t/T½)。求时间用 t = T½ × log₂(N₀/N),求半衰期用 T½ = t × ln2 / ln(N₀/N)。例如样品经过 10 天剩下 25%,即经过 2 个半衰期,T½ = 5 天。
- 碳-14 测年为什么有 5730 年和 5568 年两个半衰期?
- 5568 年是 Libby 最早测得的值,国际上发表“常规放射性碳年龄”(BP,以 1950 年为基准)时仍按惯例使用它,再通过 IntCal 校正曲线换算成日历年龄;5730 ± 40 年(剑桥值)更接近真实半衰期,中学和大学习题一般用它。两者算出的年龄相差约 3%。
- 活度 Bq 和 Ci 是什么关系?
- 贝克勒尔(Bq)表示每秒衰变 1 次;居里(Ci)最初定义为 1 g 镭-226 的活度,现定义为 3.7 × 10¹⁰ Bq。活度 A = λN,所以同样质量下半衰期越短、摩尔质量越小,活度越大,例如 1 mg 钴-60 约 41.8 GBq(1.13 Ci)。
- 化学一级反应和放射性衰变有什么关系?
- 两者的速率都与剩余量成正比,数学形式完全相同:ln[A] = ln[A]₀ − kt,半衰期 t½ = ln2 / k,与初始浓度无关。例如 N₂O₅ 分解、蔗糖水解、许多药物代谢都近似为一级反应。勾选“化学一级反应”后可以直接用速率常数 k 计算。