关键概念
能量
放射性
指数衰减
概率
简介
产生能量的一种方法是使用核反应堆。这些工厂通常是安全的，但偶尔也会发生事故，导致危险的放射性物质泄漏。你可能在新闻或历史课上读到过核灾难，例如切尔诺贝利、三哩岛和福岛的核灾难。像这样的灾难可能需要数年甚至数十年才能清理干净，并使附近地区在更长的时间内不适合人类居住。为什么污染会持续这么久？在这个（绝对安全！）的活动中，你将学习使用硬币了解放射性衰变。
背景
所有物质都由原子构成。某些类型的原子是“放射性的”，这意味着它们最终会衰变，或“分解”成不同类型的原子。当这种分解过程发生时，原子会释放辐射。某些类型的辐射每天都环绕着我们，并且是绝对安全的，例如无线电波和可见光；其他类型，例如 X 射线和伽马射线，可能对人类有害。核反应堆中用作燃料的原子类型会产生这种危险的辐射，这就是为什么安全地容纳燃料非常重要的原因。因此，当核电站发生爆炸——或者像福岛那样发生地震——并且一些放射性原子泄漏到周围的空气、水或土壤中，造成污染时，可能会非常危险。
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放射性物质的衰变是一个随机过程，有点像掷硬币或掷骰子。在任何给定的时刻，原子都有可能衰变，但也有可能保持不变。放射性物质衰变的速度是用所谓的“半衰期”来衡量的。半衰期描述了平均需要多长时间，原始放射性原子的一半才会消失。不同原子的半衰期可能差异很大——有些不到一秒，有些则长达数千年甚至数百万年。在这个活动中，你将通过掷硬币来模拟放射性衰变。硬币正面朝上“保持不变”，反面朝上“衰变”。这将使你更多地了解放射性衰变的过程——而无需使用任何放射性物质！
材料
大约 120 枚硬币（可以是便士、镍币、角币和其他硬币的混合物）
可重复密封的塑料袋
用于清点硬币的平坦桌面
纸或笔记本
铅笔
准备
在你的工作区组装所有材料。
将正好 100 枚硬币放入可重复密封的袋子中。
步骤
用力摇晃袋子几秒钟。
打开袋子，小心地将硬币倒在桌面上。小心不要倒得太快，否则它们可能会滚到地板上。
将硬币分成两堆：正面和反面。大约有多少枚硬币正面朝上，有多少枚反面朝上？两者之间的比例是多少？
数一下正面朝上的硬币数量。写下这个数字。
将反面朝上的硬币放在一边。将正面朝上的硬币放回袋子中。
再次摇晃袋子并重复此过程。倒出硬币，将硬币分成正面和反面，数一下正面朝上的数量，写下数字，然后将正面朝上的硬币放回袋子中。每次得到的正面/反面比例大约是多少？
不断重复此过程，直到没有正面朝上的硬币可以放回袋子中，并且你已将所有 100 枚硬币放在一边。
现在，看看你写下的数字。堆叠与每个数字高度相同的硬币堆，并将这些堆并排按顺序排列（这样你就用硬币堆制作了一个“图表”，而不是在纸上绘制一个）。请注意，你可能需要使用一些额外的硬币来制作堆叠（例如，假设你写下的数字是 56、25、13、6、3 和 1。这加起来是 104 枚硬币，因此即使你只使用了 100 枚硬币进行实验，你也需要 104 枚来制作图表，因为有些硬币多次保持在“正面朝上”的堆中）。你的“图表”看起来像什么？它形成一条直线，还是具有不同的形状？你用了多少轮直到没有硬币剩下？
额外内容： 多次重复此活动。每次得到的结果完全相同吗？
额外内容： 使用不同数量的硬币重复此活动。如果你从 200 枚硬币或仅 50 枚硬币开始会发生什么？生成的图表形状相同，还是不同？
额外内容： 使用秒表计时你摇晃袋子的时间，以模拟具有不同半衰期的材料，然后在制作图表时使用尺子均匀地隔开你的硬币堆，以表示时间。例如，如果你摇晃袋子 10 秒钟，你可以将硬币堆间隔 10 厘米放置。如果你都从 100 枚硬币开始，则此图表与摇晃袋子 20 秒钟的图表相比如何？这对于半衰期较长的材料意味着什么？
[中断]
观察和结果
你应该已经看到，每次你清点正面和反面时，袋子中的硬币数量大致减少了一半，但并不完全如此。例如，即使你始终从 100 枚硬币开始，这并不意味着你第一次摇晃袋子时会正好得到 50 个正面和 50 个反面。你可能会得到 56 个正面和 44 个反面，或者 49 个正面和 51 个反面。你每次会失去大约一半的硬币，并且当你从 100 枚硬币开始时，可能需要大约 6 轮才能没有硬币剩下（请记住，掷硬币是一个随机过程——因此你的结果不会每次都完全相同）。生成的图表不会形成一条直线。相反，它形成一条指数曲线，该曲线开始时非常陡峭，但随后逐渐向零方向倾斜。如果你从更多或更少的硬币开始，则达到零硬币所需的轮数将发生变化，但曲线的形状将保持不变。
这就是为什么放射性污染在环境中是危险的并且难以清除的原因。即使大量物质最初可能非常快速地衰变，但少量物质仍会持续很长时间。例如，切尔诺贝利灾难中的一些污染物半衰期约为 30 年。想象一下，你可以重新进行此实验，并等待 30 年直到你重复每一轮。100 多年后可能仍然会剩下一些硬币！这就是为什么，即使切尔诺贝利灾难发生在 1986 年，该地区仍然不适合人类居住。
此活动灵感来自北卡罗来纳州立大学的“原子糖果”。
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