事實是擁有獨特的半衰期已被證明可能是人類了解地球深層歷史的最強大工具。 但什麼是半衰期，我們要如何使用它們呢？ 就此而言，同位素到底是什麼？
原子核由質子組成並且（除了大多數）中子。 質子數決定了它是什麼元素：8 表示，鐵為 26，金為 79。 然而，中子的數量可以改變。 如果兩個原子都具有相同數量的質子和中子，則它們是相同的同位素。 如果它們具有相同數量的質子和不同數量的中子，則它們是同一元素的不同同位素。 同位素由其元素以及中子和質子的總數來指定。
有些同位素是穩定的：只要它們沒有發生任何事情，例如遇到經過的單獨中子，它們就會在宇宙的一生中持續存在。 然而，大多數元素都有多種不穩定的同位素，它們會隨著時間的推移慢慢衰變，釋放輻射並變成完全不同的東西。
例如，最常見的碳是碳12，由六個質子和六個中子組成。 這就是兩者之間的適當平衡，以確保穩定性，並且每個碳 12 原子在大多數環境中將永遠存在。 這對我們來說也很好，因為我們體內最常見的元素之一具有放射性將會是一個問題。 帶有第七個中子的碳 13 形成較少，但也穩定。
然而，碳14也存在於自然界中，我們可以在實驗室中製造碳11。 兩者都具有放射性，這意味著它們都會衰變，但碳 11 的衰變速度要快得多。 這就是半衰期的概念。
任何單一原子衰變所需的時間永遠無法預測，但大樣本的統計預測可以非常精確。
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對於任何放射性同位素的大量樣品，一半的原子將在稱為該同位素半衰期的時間內衰變。 如果你適當地儲存一公斤碳14，5700年後你的繼承人將擁有500克碳14和500克氮14。 在這兩者之間，當一半原子從一個原子轉變為另一個原子時，大量的β粒子（快速移動的電子）將被釋放。
另一方面，半個碳 11 樣品在短短 20 分鐘內就會變成硼 11，這就是為什麼我們必須自己製造。 任何自然形成的事物都進展得非常快。
你可能會預計，再過 5,700 年，其餘的碳 14 也會衰變，只剩下氮，但事實並非如此。 相反，剩餘的碳 14 的一半會在這段時間內衰變，留下 250 克。 再過 5.7 千年，重量將達到 125 克，依此類推。
只有當數百萬年過去並且只剩下最後幾個碳原子時，事情才開始變得不可預測？ 由於樣本量如此之小，您可能會失去大部分剩餘的碳，或明顯少於一半，即使一半是最有可能的結果。
為什麼它很重要
從科學角度來說，半衰期對我們的能力至關重要。 植物和光合作用藻類從大氣中吸收碳，並根據其在大氣中的存在比例捕獲少量的碳 14。 直到最近，這意味著活體植物組織和以這些植物為食的活體動物中的碳 14 是恆定的。 然而，一旦植物或動物死亡，碳14就會開始腐爛，而碳12和-13則保持不變。 如果你發現一個物體的穩定碳同位素碳 14 含量是歷史大氣中的一半，則意味著它已經有 5,700 年的歷史。 四分之一意味著它已經有 10,400 歲了。
透過測量碳14的含量，我們能夠確定我們祖先的年代？ 首次發現化石，這是了解我們演化的關鍵一步。 它也用於測試聲稱為古代文物的物品的真實性。
然而，碳測年法也有其限制。 它不能用來測量數百萬年物體的年齡，因為碳 14 所剩無幾。 另一方面，近年來人類擾亂了大氣中的碳比率。 先前，大多數碳14是透過宇宙射線撞擊大氣氮原子的產物形成的。 燃燒釋放的碳含有很少的碳14，因此降低了大氣比率，同時產量足以提高全球平均。 這兩種人類活動相互抵消，但都改變了比率，這在未來將使得僅使用碳來估計我們時代物體的年齡變得困難。
然而幸運的是，還有許多其他放射性同位素可用於測年，其中一些放射性同位素的衰變速度要慢得多，使我們能夠估計更古老物體的年齡。
由於碳 14 的半衰期長達數千年，因此在任何一年中衰變的碳 14 原子都很少，因此我們的器官中不會因為它的存在而受到太大影響。 然而，對於一些半衰期較短的原子來說，情況並非如此。 同位素如,和鈷 60 的半衰期足夠短，足以產生大量輻射，但又足夠長，當事故導致它們釋放時，我們不能輕易等待輻射消失。 當它們衰變時釋放的輻射強大到足以產生危險時，就像這些同位素或它們衰變的產物一樣，那就是一個主要問題。
另一方面，半衰期短的同位素也很有用。 我們將它們用於醫學成像，追蹤它們釋放的輻射以識別人體問題，或釋放科學實驗所需的粒子。 通常，問題在於尋找半衰期恰好適合該工作的同位素。
半衰期的概念還有其他應用。 藥物、維生素和毒藥在體內都有半衰期，其中一半會在特定的時間內排出或分解。 對於前兩個，這使我們能夠計算出需要多快更換它們。
