有些元素的半衰期那麼短,那它們為什麼還會存在呢?

某些元素的半衰期非常短，因此它們衰變的速度非常快。那麼問題來了，既然有些元素半衰期這麼短，為什麼它們還會存在呢？

要理解這背後的科學原理，首先必須理解某些基本概念，如同位素、半衰期和放射性衰變。當相同元素的原子有不同數量的中子時，它們被稱為同位素。

圖為：氫的同位素

上圖描述了額外的中子如何產生不同的氫同位素。同位素具有相同數量的電子，因此具有相同的化學性質。然而，由於它們的質量(中子數不同)不同，元素的物理性質也有所不同。

什麼是半衰期?

當原子經歷放射性衰變時，它會失去粒子。丟失的粒子將把原來的原子變成另一種同位素或元素，因為它減少了原來元素的數量。

半衰期是指樣本中放射性核的數量在任何給定時間內降到其值的一半所需要的時間。(史蒂夫·歐文，2014)

圖為：放射性衰變

簡單地說，一個元素失去一半質量所需的時間就是這個元素的半衰期。

例如，磷同位素(磷32)的半衰期為14天。如果我們有20克這種同位素，14天後，我們只剩下10克，因為原來質量的一半已經衰變了。再過14天，我們就剩下5克了。

下圖顯示了半衰期對磷同位素的影響。

圖為：磷32的半衰期

半衰期軌跡

所有的半衰期在衰變方面都遵循類似的軌跡;如上所述，在每個半衰期之後，元素的質量減半。

由此得到的曲線是斜率遞減(絕對)的一條向下傾斜的直線。下圖描述了上述的軌跡。

橫軸上的每個標定點表示半衰期(時間)，而y軸表示元素原始樣本的質量(克)。雖然上面的圖表描述了半衰期軌跡，但是不同的同位素和元素有不同的半衰期長度。原子的穩定性影響了其半衰期的長短。

半衰期有何不同?

利用疊杯遊戲可以說明半衰期長度與原子穩定性之間的關係。

圖為：疊杯的不同穩定性

疊杯越穩定，疊杯中出現的塊數就越多。同樣，原子越穩定，元素的半衰期就越長。一個疊杯疊片的總數代表半衰期的長度。

這個類比表明，原子的不穩定性與更短的半衰期(疊杯更少的塊)直接相關。

不同同位素和元素的半衰期長短取決於它們的穩定性。下圖分別顯示了100克氮13、碳11和氟18的衰變速度的差異。

圖為：衰減過程，黃-氟，藍-碳，綠-氮

20分鐘後，氮樣品的質量從100克下降到25克。這表明這個樣本經歷了兩個半衰期，也就是半衰期為10分鐘。另一方面，碳11樣品在20分鐘內減半，說明碳11的半衰期為20分鐘。氟18樣品在100分鐘內減半，表明它的半衰期因此是100分鐘。

這個例子展示了不同的半衰期長度及其隨時間的衰減過程。不同元素或同位素的半衰期的長度從幾年到幾秒不等。

科學家聲稱，任何元素樣本（注意是樣本）在經歷了10個半衰期後，實際上都已經「消失」了。

短半衰期=不存在的元素?

由於某些元素的半衰期非常短，我們有理由相信，某些元素的原子將經歷放射性衰變，其速度之快，將使它們迅速停止存在。

儘管這看起來令人擔憂，但元素總是存在的原因有很多，即使它們的半衰期很短。

所有元素都有多種同位素，它們的半衰期各不相同。雖然一個元素的某些同位素可能有很短的半衰期，但總是存在著不衰變的更穩定的同位素。

下表顯示了碳同位素的不同半衰期:

圖為：碳的同位素半衰期

所有的元素都遵循著與碳相似的趨勢。同位素的半衰期可能很短，但穩定的同位素將永遠存在。這確保了元素本身永遠不會從存在中刪除。

元素存在的另一個原因是，一種同位素的衰變會導致另一種同位素的產生。當同位素經歷放射性衰變時，其原子核中的質子和中子的數量會發生變化。

當原子核中的質子數改變時，它就變成了另一種元素的原子。例如，當碳15經歷一種叫做β衰變的衰變時，它會變成氮15。由於這個持續的過程，同位素也同時正在發生衰變，同時也在形成其他同位素和元素。

因此，當一種元素的同位素衰變形成同一元素的另一種同位素時，該元素仍然存在。

總之，不管半衰期有多短，所有元素都有穩定的同位素，而且往往是由於其他衰變活動而形成的。

無論半衰期有多短，都不會導致一個元素從存在中消失。