前沿物理学

放射性与衰变模式

不稳定原子核以概率方式衰变；指数规律描述存留数，各衰变模式遵循守恒定律。

不稳定原子核以概率方式衰变；指数规律描述存留数，各衰变模式遵循守恒定律。

模型与解释

每个原子核单位时间以概率λ衰变，故N(t)=N₀e^(−λt)；活度A为每秒衰变数，单位贝可勒尔。α放出氦-4核；β⁻将中子变为质子、电子和反中微子；β⁺将质子变为中子、正电子和中微子；γ退激不改变A、Z。

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衰变定律 $N(t)=N_0e^{-\lambda t}$ 给出半衰期 $T_{1/2}=\ln2/\lambda$；活度 $A=-dN/dt=\lambda N$ 也按同一指数规律下降。β衰变通过放出电子或正电子以及中微子或反中微子守恒电荷和核子数；α衰变放出氦核。这些规律预测大量原子核的统计平均，而非单个原子核何时衰变。

衰变常数 $\lambda$ 表示单位时间内的衰变概率；处于相同状态的同类原子核具有相同瞬时概率。随机性使短时间计数围绕均值发生统计涨落。半衰期不依赖样品质量，但初始活度随原子核数量增加。若存在多种同位素或衰变链，则需用耦合速率方程取代单一指数函数。

活度以贝可表示，1贝可等于每秒一次衰变，但吸收剂量还取决于辐射能量和类型。α粒子电离能力强，却可被薄材料阻挡；γ射线穿透更深。辐射安全须区分活度、吸收剂量和当量剂量，不能互相替代。