瑞帝電通國際有限公司 - READY INTERNATIONAL INC.
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『藍牙、工控網路、USB、 Wi-Fi 、PCIE、 NFC 、SD 、SDIO、 eMMC通訊協定分析儀』( Bluetooth、USB、 Wi-Fi 、PCIE、 SDIO、eMMC Protocol Analyzer )
『CMA 科學教育數位化儀器設備』-『 』( CMA Science Education )
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型號: 物理實驗 -放射性元素001
名稱: 放射性元素001-放射性衰變
規格:
﹝實驗主題﹞
如何模擬放射性衰變?
[實驗探討]
放射性衰變是一個隨機過程;任何給定的放射性元素的原子都可以“隨時”衰減,不可能預測給定原子何時會衰變。 然而,給定原子將衰變的機率是隨時間而變化的。
您可以用硬幣模擬衰減的過程。一枚硬幣視為是一種雙面的模具; 它的兩面分別是“頭”和“尾”。 翻轉硬幣具有50%頭面朝上的機率,50%頭面朝下機率。我們假設當一枚硬幣朝上時,細胞核蛻變,而朝下則意味著細胞核尚未腐爛。
• 假設你有100個硬幣可以翻轉,你預測可以有多少個朝上? 多少個朝下?
• 如果你移除“腐爛的”硬幣(頭)和翻轉剩餘的硬幣,你預測可以有多少個朝上? 多少個朝下?
• 您繼續重複此過程,取出朝上並翻轉剩餘的硬幣。 估計你需要翻轉多少次,所有的硬幣才會“衰變”? 解釋你如何得到你的答案。
• 現在執行翻轉實驗。 你在塑膠袋裡拿到一些硬幣。
- 搖動袋子,將硬幣傾倒在桌子上,計算朝上和朝下的數量並記錄。
- 取出朝上硬幣,將朝下的放回袋中。 重複此過程幾次。
- 針對多次翻轉繪製圖; 假設零的數字是硬幣的初始數量。
- 通過點畫一條平滑的曲線。
• 比較課堂中不同組的實驗結果。
在這個活動中,您將使用電腦對放射性衰變進行模擬。
[實驗步驟]
放射性模型非常簡單。 原子核可以只給一個規則; 在給定時間內以固定的機率衰減。
假設有很多個放射性物質,由多個原子核N組成。
放射性物質的變化率由其活度(ΔN/Δt或dN/dt)決定。 此實驗決定了在單位時間內多少個核衰變,實驗與衰變的機率有關,取決於:
• 原子核的數量
• 原子核在一段時間內會衰變的機率。
在Coach程式中建立模型,放射性衰變的動力學模型如下:
1. 觀察模型。解釋模型構造的元素
2. 在Coach軟體中打開『Coach Activity』的『Radioactive decay』(放射性衰變)。在這個實驗中,模型已經準備好了。 假設核的初始數為1000,並且每個核在每個單位時間內具有2%的衰減機率。
3. 執行你的模型。 描述N(t)圖的結果。
4. 將圖表與您在翻轉硬幣的實驗中繪出的圖形進行比較,他們有什麼不一樣? 他們有什麼一樣? 他們為什麼相似?
5. 研究衰變常數如何影響放射性衰變速率。
6. Find out which function describes best the radioactive decay. How will you do this?
找出哪個方程式對放射性衰變描述的最好。你會怎麼做?
7. 確定核半數的時間。
8. 如果您已經完成了數據記錄實驗“137m的半衰期”,或者在另一個放射性同位素衰變過程中記錄數據,則可以修改模型,以創建實驗中使用的放射性同位素模型。
9. 將您的模型數據與實驗數據進行比較。 您的模型如何對應實驗數據?
[實驗原理]
放射性衰變模型(Radioactive Decay Model)
放射性衰變假定:
• 大多數的放射性物質都包含多個原子核N。
• 放射性物質的衰變率dN/dt由實驗描述,它決定了在一個單位時間內多少個核衰變。
• 實驗與衰變的機率相關,取決於可用核的數量,以及核在一個單位時間內衰變的概率(衰變常數λ)。
換句話說:
在Coach程式中建立模型,這可以轉化為動力學模型:
運行模型(讓計算機解決給定的微分方程式)後,得到的解是指數的放射性衰變:
是衰減常數,通常用s–1或min–1測量,N0是原子的初始數。
放射性衰變是根據特徵時間和半衰期來測量的。半衰期是指一半原子衰變所需的時間,換句話說,放射性樣品所需的時間一開始就像放射性原子一樣。
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