關鍵概念
能量
放射性
指數衰減
機率
簡介
產生能量的一種方法是使用核反應堆。這些工廠通常是安全的，但偶爾也會發生事故，導致危險的放射性物質洩漏。你可能在新聞或歷史課上讀到過核災難，例如切爾諾貝利、三哩島和福島的核災難。像這樣的災難可能需要數年甚至數十年才能清理乾淨，並使附近地區在更長的時間內不適合人類居住。為什麼汙染會持續這麼久？在這個（絕對安全！）的活動中，你將學習使用硬幣瞭解放射性衰變。
背景
所有物質都由原子構成。某些型別的原子是“放射性的”，這意味著它們最終會衰變，或“分解”成不同型別的原子。當這種分解過程發生時，原子會釋放輻射。某些型別的輻射每天都環繞著我們，並且是絕對安全的，例如無線電波和可見光；其他型別，例如 X 射線和伽馬射線，可能對人類有害。核反應堆中用作燃料的原子型別會產生這種危險的輻射，這就是為什麼安全地容納燃料非常重要的原因。因此，當核電站發生爆炸——或者像福島那樣發生地震——並且一些放射性原子洩漏到周圍的空氣、水或土壤中，造成汙染時，可能會非常危險。
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放射性物質的衰變是一個隨機過程，有點像擲硬幣或擲骰子。在任何給定的時刻，原子都有可能衰變，但也有可能保持不變。放射性物質衰變的速度是用所謂的“半衰期”來衡量的。半衰期描述了平均需要多長時間，原始放射性原子的一半才會消失。不同原子的半衰期可能差異很大——有些不到一秒，有些則長達數千年甚至數百萬年。在這個活動中，你將透過擲硬幣來模擬放射性衰變。硬幣正面朝上“保持不變”，反面朝上“衰變”。這將使你更多地瞭解放射性衰變的過程——而無需使用任何放射性物質！
材料
大約 120 枚硬幣（可以是便士、鎳幣、角幣和其他硬幣的混合物）
可重複密封的塑膠袋
用於清點硬幣的平坦桌面
紙或筆記本
鉛筆
準備
在你的工作區組裝所有材料。
將正好 100 枚硬幣放入可重複密封的袋子中。
步驟
用力搖晃袋子幾秒鐘。
開啟袋子，小心地將硬幣倒在桌面上。小心不要倒得太快，否則它們可能會滾到地板上。
將硬幣分成兩堆：正面和反面。大約有多少枚硬幣正面朝上，有多少枚反面朝上？兩者之間的比例是多少？
數一下正面朝上的硬幣數量。寫下這個數字。
將反面朝上的硬幣放在一邊。將正面朝上的硬幣放回袋子中。
再次搖晃袋子並重復此過程。倒出硬幣，將硬幣分成正面和反面，數一下正面朝上的數量，寫下數字，然後將正面朝上的硬幣放回袋子中。每次得到的正面/反面比例大約是多少？
不斷重複此過程，直到沒有正面朝上的硬幣可以放回袋子中，並且你已將所有 100 枚硬幣放在一邊。
現在，看看你寫下的數字。堆疊與每個數字高度相同的硬幣堆，並將這些堆並排按順序排列（這樣你就用硬幣堆製作了一個“圖表”，而不是在紙上繪製一個）。請注意，你可能需要使用一些額外的硬幣來製作堆疊（例如，假設你寫下的數字是 56、25、13、6、3 和 1。這加起來是 104 枚硬幣，因此即使你只使用了 100 枚硬幣進行實驗，你也需要 104 枚來製作圖表，因為有些硬幣多次保持在“正面朝上”的堆中）。你的“圖表”看起來像什麼？它形成一條直線，還是具有不同的形狀？你用了多少輪直到沒有硬幣剩下？
額外內容： 多次重複此活動。每次得到的結果完全相同嗎？
額外內容： 使用不同數量的硬幣重複此活動。如果你從 200 枚硬幣或僅 50 枚硬幣開始會發生什麼？生成的圖表形狀相同，還是不同？
額外內容： 使用秒錶計時你搖晃袋子的時間，以模擬具有不同半衰期的材料，然後在製作圖表時使用尺子均勻地隔開你的硬幣堆，以表示時間。例如，如果你搖晃袋子 10 秒鐘，你可以將硬幣堆間隔 10 釐米放置。如果你都從 100 枚硬幣開始，則此圖表與搖晃袋子 20 秒鐘的圖表相比如何？這對於半衰期較長的材料意味著什麼？
[中斷]
觀察和結果
你應該已經看到，每次你清點正面和反面時，袋子中的硬幣數量大致減少了一半，但並不完全如此。例如，即使你始終從 100 枚硬幣開始，這並不意味著你第一次搖晃袋子時會正好得到 50 個正面和 50 個反面。你可能會得到 56 個正面和 44 個反面，或者 49 個正面和 51 個反面。你每次會失去大約一半的硬幣，並且當你從 100 枚硬幣開始時，可能需要大約 6 輪才能沒有硬幣剩下（請記住，擲硬幣是一個隨機過程——因此你的結果不會每次都完全相同）。生成的圖表不會形成一條直線。相反，它形成一條指數曲線，該曲線開始時非常陡峭，但隨後逐漸向零方向傾斜。如果你從更多或更少的硬幣開始，則達到零硬幣所需的輪數將發生變化，但曲線的形狀將保持不變。
這就是為什麼放射性汙染在環境中是危險的並且難以清除的原因。即使大量物質最初可能非常快速地衰變，但少量物質仍會持續很長時間。例如，切爾諾貝利災難中的一些汙染物半衰期約為 30 年。想象一下，你可以重新進行此實驗，並等待 30 年直到你重複每一輪。100 多年後可能仍然會剩下一些硬幣！這就是為什麼，即使切爾諾貝利災難發生在 1986 年，該地區仍然不適合人類居住。
此活動靈感來自北卡羅來納州立大學的“原子糖果”。
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