这个课题讲的是放射性样本的活度如何随时间下降,以及如何处理含有本底辐射(background radiation)的真实探测器读数。你会学到:修正计数、从图读半衰期(half-life)、重复减半、解释衰变为什么随机,并把计算与个人风险的判断分开。
具体措辞和要求内容会随考纲年份变化,请到 Cambridge IGCSE Physics 0625 官方页面查看你考试年份的最新版本。物理学习指南显示了这个课题在整个科目中的位置。
需要先具备什么基础?
你需要基本的原子核模型,以及“辐射计数是随机的”这一观念,见原子与原子核模型。你还需要简单的除法、从图上读数,以及把一个数连续减半几次。不需要高深的数学。
一道用到主要技能的例题
(虚构数据。)没有放射源时,探测器 15 分钟记录到 60 次计数。有放射源时,测得的计数率为:0 分钟 84 counts/min,10 分钟 44,20 分钟 24。
本底: 60 ÷ 15 = 4 counts/min。
修正计数率: 84 − 4 = 80,44 − 4 = 40,24 − 4 = 20 counts/min。
半衰期: 修正计数率每 10 分钟减半,所以半衰期是 10 分钟。
预测: 40 分钟是 4 个半衰期,所以 80 → 40 → 20 → 10 → 5 counts/min。探测器会显示 5 + 4 = 9 counts/min。
注意顺序:先修正,再求半衰期,然后预测;只有题目要求探测器读数时,才把本底加回去。
应该按什么顺序学习各课?
- 从给定计数中扣除本底辐射。之后每一步都依赖干净的数据。
- 从衰变图求半衰期。使用修正值,把曲线变成一个时间。
- 对给定时间间隔连续减半。有了半衰期,就能预测剩余量。
- 解释为什么单个原子没有可预测的衰变时间。说明为什么这些计算描述的是一群原子,而不是单个原子。
- 区分模型计算与个人辐射风险建议。讲答案没有说明什么,所以放在最后。
然后用半衰期与本底辐射练习把所有技能一起测试。
哪些陷阱最容易让学生失分?
- 减去对应时间不同的总数。 换成速率,或把本底按相同时间折算。
- 把测得的计数率减半,而不是修正后的计数率。
- 把计数率当成半衰期。 半衰期是时间。
- 以为两个半衰期后全部消失。 实际还剩四分之一。
- 把半衰期当成单个原子的计时器。
- 把活度变成安全的论断。
怎样好好使用练习?
学完各课后再做,用纸和笔,每次都写单位。然后把你的推理与解答对照。练习最后有一张表,把每种错误送回正确的课。