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半衰期计算器
欢迎使用半衰期计算器，这是一个用于计算放射性物质、药代动力学以及任何遵循一级衰变动力学过程的指数衰减的综合工具。本计算器具有交互式衰减曲线可视化、逐步公式分解、常见放射性同位素预设值以及高精度计算等功能。
什么是半衰期？
半衰期 (t½) 是某种数量减少到其初始值一半所需的时间。这一概念是核物理、化学、药理学以及许多物质随时间指数衰减或减少的其他领域的基础。
半衰期的定义特征是它的恒定性：无论初始物质有多少，其一半发生衰变所需的时间总是相同的。这种特性使半衰期成为放射性同位素的内在特征。
指数衰减公式
其中：
- N(t) = 时间 t 时的剩余数量
- N₀ = 时间 t = 0 时的初始数量
- t = 经过的时间
- t½ = 半衰期（一半数量发生衰变所需的时间）
其他表达形式
半衰期方程也可以使用衰减常数 (λ) 来表示：
其中 λ = ln(2)/t½ ≈ 0.693/t½
如何使用此计算器
- 选择计算目标： 选择您想要求解的变量——剩余数量、初始数量、经过的时间或半衰期。
- 使用同位素预设（可选）： 点击任何常见同位素按钮以自动填充其半衰期值。预设包括碳-14、铀-238、碘-131 等。
- 输入已知值： 填写三个已知值。第四个字段（要求解的字段）将被计算出来。
- 设置精度： 为您的结果选择小数位数（2-15 位）。
- 计算： 点击按钮查看结果、衰减曲线可视化和逐步计算过程。
常见放射性同位素
| 同位素 | 半衰期 | 主要用途 |
|---|---|---|
| 碳-14 | 5,730 年 | 考古定年（放射性碳定年法） |
| 铀-238 | 44.68 亿年 | 地质定年、核燃料 |
| 碘-131 | 8.02 天 | 甲状腺癌治疗 |
| 钴-60 | 5.27 年 | 放射治疗、工业射线照相 |
| 锝-99m | 6.01 小时 | 医学影像（SPECT 扫描） |
| 氡-222 | 3.82 天 | 环境监测 |
| 锶-90 | 28.8 年 | 核落尘追踪 |
| 钚-239 | 24,110 年 | 核武器、反应堆 |
半衰期的应用
放射性碳定年法
碳-14 定年法用于确定最久达 50,000 年左右的有机材料的年龄。生物通过新陈代谢保持恒定的碳-14/碳-12 比例。死亡后，碳-14 衰变且不再更换。通过测量剩余的碳-14，科学家可以计算出死亡时间。
核医学
选择像锝-99m（t½ = 6 小时）这样的医学同位素是因为它们的半衰期短，既能提供足够的成像时间，又能最大限度地减少患者的辐射暴露。碘-131 通过提供定向辐射来治疗甲状腺疾病。
药代动力学
药物半衰期决定了给药间隔。例如，成年人体内咖啡因的半衰期约为 5 小时。在 4-5 个半衰期（20-25 小时）之后，通常会有超过 95% 的药物从体内排除。
地质定年
长寿命同位素如铀-238（t½ = 45 亿年）和钾-40（t½ = 12.5 亿年）可用于测定岩石年代，并确定地球年龄约为 45 亿年。
环境科学
了解污染物和放射性污染的半衰期有助于预测环境恢复。核事故产生的铯-137（t½ = 30 年）在几十年内仍是关注点。
理解衰减常数
衰减常数 (λ) 代表单位时间内衰变的概率。它与半衰期的关系如下：
较大的衰减常数意味着更快的衰变和更短的半衰期。衰减常数在微分方程以及组合多个衰变过程时非常有用。
多个半衰期
在 n 个半衰期之后，剩余部分比例为 (1/2)ⁿ：
- 1 个半衰期后：剩余 50%
- 2 个半衰期后：剩余 25%
- 3 个半衰期后：剩余 12.5%
- 4 个半衰期后：剩余 6.25%
- 5 个半衰期后：剩余 3.125%
- 10 个半衰期后：约剩余 0.1%
除放射性之外：其他应用
半衰期概念适用于任何指数衰减过程：
- 化学反应： 一级反应速率
- 电子学： RC 电路放电（电容器衰减）
- 生物学： 药物代谢、酶动力学
- 金融： 资产折旧
- 信息： 新闻相关性或记忆保持的衰减
常见问题解答
放射性衰变中的半衰期是什么？
半衰期是样本中一半放射性原子衰变所需的时间。它是每种放射性同位素的恒定属性。例如，碳-14 的半衰期为 5,730 年，这意味着在此期间后，原始碳-14 原子的一半将衰变为氮-14。
什么是指数衰减公式？
指数衰减公式为 N(t) = N₀ × (1/2)^(t/t½)，其中 N(t) 是时间 t 时的剩余数量，N₀ 是初始数量，t 是经过的时间，t½ 是半衰期。这个公式可以重新排列以求解这四个变量中的任何一个。
半衰期是如何在碳定年法中使用的？
碳定年法利用已知的碳-14 半衰期（5,730 年）来确定有机材料的年龄。生物通过呼吸和进食保持恒定的碳-14 与碳-12 比例。死亡后，碳-14 衰变且不再得到补充。通过测量剩余的碳-14，科学家可以计算出该生物死亡的时间。
什么是衰减常数，它与半衰期有何关系？
衰减常数 (λ) 代表单位时间内衰变的概率。它通过公式 λ = ln(2)/t½ ≈ 0.693/t½ 与半衰期相关。较大的衰减常数意味着更快的衰变和更短的半衰期。
半衰期可以应用于非放射性过程吗？
是的，半衰期概念适用于任何指数衰减过程。这包括药物从体内的排除（药代动力学）、化学反应速率、电容器放电、人口减少、资产折旧，甚至是互联网模因或新闻相关性的衰减。
为什么半衰期不随材料量的多少而改变？
半衰期之所以恒定，是因为放射性衰变在原子水平上是一个随机过程。每个原子在任何给定时间段内发生衰变的概率都是相同的，与其他原子无关。这种统计行为导致单位时间内有固定比例的原子发生衰变。
其他资源
引用此内容、页面或工具为：
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由 miniwebtool 团队制作。更新日期：2026年1月25日
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