
【化】 radioactive equilibrium
放射性平衡(Radioactive Equilibrium)是核物理学与放射化学中的重要概念,指在放射性衰变链中,母体核素与子体核素的活度达到动态稳定的状态。其核心原理为:当母体核素的衰变速率与子体核素的生成速率相等时,两者活度比值随时间趋于恒定。
长期平衡(Secular Equilibrium)
当母体核素的半衰期远大于子体核素(如母体半衰期 > 10倍子体半衰期)时,系统最终达到长期平衡。此时子体核素的活度与母体相等,例如铀-238衰变链中的镭-226与氡-222。
暂时平衡(Transient Equilibrium)
母体半衰期略长于子体时(如母体半衰期约10倍于子体),子体活度会先增加后减少,最终按母体半衰期衰减。典型例子为钍-232衰变链中的镭-228。
不成平衡(Non-equilibrium)
当母体半衰期短于子体时,系统无法形成稳定平衡,例如氡-222衰变为铅-210的过程。
放射性平衡的活度关系可表示为: $$ frac{A_1}{A_2} = frac{lambda_2 - lambda_1}{lambda_1} $$ 其中,$A_1$和$A_2$分别为母体与子体活度,$lambda_1$和$lambda_2$为衰变常数。
该现象在地质年代测定(如铀-铅定年法)和核医学(放射性药物剂量控制)中具有关键作用。国际原子能机构(IAEA)技术报告指出,放射性平衡的破坏可能影响环境辐射监测数据的准确性。
(参考来源:国际原子能机构《放射性废物管理术语》、美国核学会《核技术应用导论》、Springer《放射化学手册》)
放射性平衡是核物理学中描述递次衰变链中母子体放射性活度关系的概念,主要分为以下两种情况:
久期平衡(Secular Equilibrium) 当母体半衰期($T{1/2}^{(母)}$)远大于子体半衰期($T{1/2}^{(子)}$)时,经过约5-10倍子体半衰期的时间后,子体的放射性活度将无限趋近于母体活度。此时两者的活度比恒定,满足: $$ frac{A{子}}{A{母}} = 1 - e^{-lambda{子}t} quad (lambda为衰变常数) $$ 当$t$足够大时,$A{子} approx A_{母}$。
暂时平衡(Transient Equilibrium) 当母体半衰期显著长于子体(但未达数量级差异)时,子体活度会逐渐达到峰值后缓慢衰减,最终与母体保持固定比例: $$ frac{A{子}}{A{母}} = frac{lambda{子}}{lambda{子} - lambda{母}} quad (当lambda{母} < lambda_{子}) $$
形成条件:母体必须具有足够长的半衰期(如铀-238的半衰期44.7亿年),子体衰变速度较快(如钍-234的半衰期24.1天)。在衰变链中,中间核素会通过连续衰变最终达到稳定状态。
应用场景:这种平衡现象是放射性测年技术(如铀系测年)和核医学放射性药物制备的理论基础。需注意,早期文献可能存在非标准化的表述差异。
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