106年:醫物幅安(2)

若三種核種之連續蛻變 N1 →N2 →N3 (stable ),為暫態平衡( transient equilibrium ),則下列敘述何者不正確?

AN1 的衰變常數比 N2 大
B於一段時間後, N2 的活度會高於 N1
C於一段時間後, N2 及N1 核種的活度以相同速率減少
D於一段時間後,母核 N1 與子核 N2 的活度比值為一常數

詳細解析

本題觀念:

本題考核放射性核種連續蛻變(radioactive decay series)中的暫態平衡(transient equilibrium)。當母核(N1)的半衰期比子核(N2)長,但不是長到可以忽略母核衰變(即非永久平衡/secular equilibrium),則在足夠長時間後,N1 與 N2 的活度達到暫態平衡。

暫態平衡的必要條件

  • 母核半衰期 > 子核半衰期:T1/2,1>T1/2,2T_{1/2,1} > T_{1/2,2}
  • 等價地,母核衰變常數 < 子核衰變常數:λ1<λ2\lambda_1 < \lambda_2

本題為反向題(問「何者不正確」),需找出錯誤敘述。

選項分析

✅ 表示正確陳述;❌ 表示錯誤陳述(即答案)

(A) N1 的衰變常數比 N2 大 ❌ 暫態平衡成立的條件是母核(N1)半衰期較長,即 T1/2,1>T1/2,2T_{1/2,1} > T_{1/2,2}。由於衰變常數 λ=ln2T1/2\lambda = \frac{\ln 2}{T_{1/2}},半衰期長等於衰變常數小,因此 λ1<λ2\lambda_1 < \lambda_2,即 N1 的衰變常數比 N2 小,選項 A 的說法相反,為錯誤陳述

(B) 於一段時間後,N2 的活度會高於 N1 ✅ 在暫態平衡下,子核(N2)的活度可高於母核(N1)。平衡時

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