Razpolovna doba radioaktivnih elementov - kaj je to in kako je določen? Formulacija razpolovnega časa

Zgodovina študija radioaktivnosti se je začela 1. marca 1896, ko je znani francoski znanstvenik Henri Becquerel

Uvedite značilnosti radioaktivnosti

Ta proces je spontana transformacija atoma izotopa elementa v drugi izotop z istočasnim ločevanjem elementarnih delcev (elektronov, jeder ati helija). Pretvorba atomov se je izkazala za spontano in ne zahteva absorpcije energije od zunaj. Glavna količina, ki je značilna za proces sproščanja energije v toku radioaktivno razpadanje, imenovano dejavnost.

Dejavnost radioaktivnega vzorca je verjetno število razpadov danega vzorca na enoto časa. V Ljubljani SI (sistem mednarodna) merska enota se imenuje becquerel (Bq). V 1 becquerelu je sprejeta aktivnost takega vzorca, pri kateri se pojavi povprečje 1 razpad na sekundo.

A = lambda-N, kjer lambda je konstanta razpadanja, N je število aktivnih atomov v vzorcu.

Dodeli alfa-, beta-, gama - razpadi. Ustrezne enačbe imenujemo pravila premika:

Določitev razpolovne dobe je bila izvedena eksperimentalno. Med laboratorijskimi testi se aktivnost večkrat meri. Ker laboratorijski vzorci minimalnih dimenzij (varnost raziskovalca predvsem), se eksperiment izvaja v različnih časovnih intervalih, ki se večkrat ponavljajo. Temelji na pravilnosti sprememb v dejavnosti snovi.

Da bi določili razpolovni čas, se aktivnost določenega vzorca meri v določenih intervalih. Glede na to, da je ta parameter povezan s številom atomov, ki se razpadajo, z uporabo zakona o radioaktivnem razpadu določite razpolovni čas.

Primer določitve za izotop

Naj bo število aktivnih elementov preiskovanega izotopa v danem trenutku N, časovni interval, v katerem se t₂- t₁, kjer so trenutki začetka in konca opazovanja precej blizu. Predpostavimo, da je n število atomov, ki so razpadli v določen časovni interval, potem je n = KN (t₂- t₁).

V tem izrazu K = 0,693 / Tfrac12- je koeficient sorazmernosti, imenovan konstanta razpada. Tfrac12- je razpolovna doba izotopa.

Vzamemo časovni interval za enoto. V tem primeru K = n / N označuje del prisotnih izotopskih jeder, ki se razpadajo na enoto časa.

Če poznamo vrednost konstante razpadanja, lahko določimo tudi razpolovni čas upadanja: Tfrac12- = 0,693 / K.

Iz tega sledi, da za časovno enoto ni določenega števila aktivnih atomov, ampak določen del tistih, ki se razpadajo.

Zakon o radioaktivnem razpadu (RDF)

Razpolovna doba je osnova ZRD. Pravilnost so sklepali Frederico Soddy in Ernest Rutherford na podlagi rezultatov eksperimentalnih študij leta 1903. Presenetljivo je, da so številne meritve, opravljene z instrumenti daleč od popolnega v začetku dvajsetega stoletja, pripeljale do točnega in veljavnega rezultata. Postala je osnova teorije radioaktivnosti. Izsledimo matematično notacijo zakona o radioaktivnem razpadu.

- Recimo, da je N₀ - število aktivnih atomov v določenem času. Po preteku intervala t, elementi N ostanejo neprekinjeni.

- V času, ki je enak razpolovni dobi, bo še vedno polovica aktivnih elementov: N = N₀/ 2.

- Po dodatni razpolovni dobi v vzorcu, N = N₀/ 4 = N₀/ 2² aktivni atomi.

- Po času, ki je enako še eni razpolovni dobi, vzorec ostane samo: N = N₀/ 8 = N₀/ 2³.

- Do trenutka, ko je minilo n razpolov, je N = N v vzorcu₀/ 2ⁿ aktivni delci. V tem izrazu, n = t / Tfrac12-: razmerje med študijskim časom in razpolovnim časom.

- ZRP ima nekoliko drugačen matematični izraz, bolj priročen pri reševanju problemov: N = N₀2^{-t /Tfrac12-_.}

Rednost omogoča, poleg razpolovnega časa, tudi število atomov aktivnega izotopa, ki v določenem času niso razpadli. Poznavanje števila atomov v vzorcu na začetku opazovanja, čez nekaj časa lahko določite življenjsko dobo zdravila.

Določitev razpolovne dobe formule zakona o radioaktivnem razpadu pomaga samo pri prisotnosti določenih parametrov: število aktivnih izotopov v vzorcu, ki ga je težko poznati.

Posledice zakona

Formulo ZRR lahko zapišete z uporabo konceptov aktivnosti in mase atomov zdravila.

Dejavnost je sorazmerna s številom radioaktivnih atomov: A = A₀• 2^{-t / T}. V tej formuli A₀ - aktivnost vzorca v začetnem času, A - aktivnost po t sekundah, T - razpolovna doba.

Masa snovi se lahko uporabi v pravilnosti: m = m₀• 2^{-t / T}

V vseh enako dolgih časovnih presledkih razpade absolutno enak delež radioaktivnih atomov, ki so na voljo v tem pripravku.

Omejitve veljavnosti zakona

Zakon v vseh čutah je statističen, ki določa procese, ki se odvijajo v mikrokozmosu. Jasno je, da je razpolovna doba radioaktivnih elementov statistična. Verjetnostna značilnost dogodkov v atomskih jedrih kaže na to, da se poljubno jedro lahko kadar koli zruši. Napoved dogodka je nemogoče, lahko določite le njegovo verjetnost v določenem času. Posledično razpolovna doba ni smiselna:

• za posamezen atom;
• za vzorec z najmanjšo maso.

Življenjska doba atoma

Obstoj atoma v prvotnem stanju lahko traja še en in morda milijon let. Prav tako ni potrebno govoriti o življenjski dobi določenega delca. Uvedba vrednosti, ki je enaka povprečni vrednosti življenjske dobe atomov, lahko govorimo o obstoju atomov radioaktivnega izotopa, posledicah radioaktivnega razpada. Razpolovna doba atomskega jedra je odvisna od lastnosti določenega atoma in ni odvisna od drugih količin.

Ali je mogoče rešiti problem: kako najti razpolovno dobo in vedeti povprečno življenjsko dobo?

Določitev razpolovne dobe formule za razmerje med povprečno življenjsko dobo atoma in konstanto razpadnosti ni nič manj pomembno.

tau- = T_1/2/ ln2 = T_1/2/ 0,693 = 1 / lambda-.

V tem vnosu tau- je povprečna življenjska doba, lambda- je konstanta razpadanja.

Uporaba razpolovne dobe

Uporaba ZRP za določitev starosti posameznih vzorcev se je razširila v študijah poznega dvajsetega stoletja. Natančnost določanja starosti fosilnih artefaktov se je povečala toliko, da lahko daje idejo o življenju tisočletja pred našim štetjem.

Analiza radioaktivnih ogljikovodikov fosilni organski vzorci temeljijo na spremembi aktivnosti ogljika-14 (radioaktivni izotop ogljika), ki je prisoten v vseh organizmih. V živi organizem vstopi v proces metabolizma in ga vsebuje v določeni koncentraciji. Po smrti se metabolizem z okoljem ustavi. Koncentracija radioaktivnega ogljika pade zaradi naravnega razpada, aktivnost se sorazmerno zmanjšuje.

Če obstaja vrednost, kot je razpolovna doba, formula za zakon o radioaktivnem razpadu pomaga določiti čas od trenutka, ko se vitalna aktivnost organizma ustavi.

Verige radioaktivnih transformacij

Študije radioaktivnosti so bile izvedene v laboratorijskih pogojih. Neverjetna sposobnost radioaktivnih elementov za ohranjanje dejavnosti za uro, dneve in celo leta ni mogla presenetiti fizikov iz zgodnjega dvajsetega stoletja. Študije, na primer torij, so spremljali nepričakovani rezultati: v zaprti ampuli je bila njegova dejavnost pomembna. Pri najmanjšem udaru je padla. Zaključek je bil preprost: pretvorbo torija spremlja sproščanje radona (plina). Vsi elementi v procesu radioaktivnosti so preoblikovani v popolnoma drugačno snov, ki se razlikujejo po fizikalnih in kemijskih lastnostih. Tudi ta snov je nestabilna. Trenutno so znane tri vrste podobnih transformacij.

Poznavanje takšnih transformacij je izredno pomembno pri določanju časa nedostopnosti območij, okuženih v procesu atomskih in jedrskih raziskav ali katastrof. Razpolovni čas plutonija - odvisno od njegovega izotopa - leži v intervalu od 86 let (Pu 238) do 80 milijonov let (Pu 244). Koncentracija vsakega izotopa daje idejo obdobja dezinfekcije območja.

Najdražja kovina

Znano je, da v našem času so kovine veliko dražje od zlata, srebra in platine. Plutonij prav tako pripada njim. Zanimivo je, da se v naravi plutonij, ustvarjen v času evolucije, ne pojavi. Večina elementov je bila pridobljena v laboratorijskih pogojih. Delovanje plutonija-239 v jedrskih reaktorjih je v teh dneh postalo izjemno priljubljeno. Zaradi tega, da je ta izotop uporaben v reaktorjih, je to skoraj neprecenljivo.

Plutonij-239 se pridobiva v naravnih pogojih kot posledica verige transformacij urana-239 v neptunij-239 (razpolovna doba - 56 ur). Podobna veriga omogoča kopičenje plutonija v jedrskih reaktorjih. Hitrost videza zahtevane količine presega naravno v milijardah krat.

Uporaba v energetiki

Veliko se lahko pogovarjamo o pomanjkljivostih jedrske energije in o "čudnostih" človeštva, ki jih skoraj vsako odkritje uporablja za uničenje svoje vrste. Odkritje plutonija-239, s katerim se lahko udeleži veriga jedrske reakcije, dovolil, da ga uporablja kot vir mirne energije. Uran-235, ki je analog plutonija, je izjemno redek na Zemlji, da bi ga razlikovali uranove rude veliko težje kot pri pridobivanju plutonija.

Starost Zemlje

Radioizotopska analiza izotopov radioaktivnih elementov daje natančnejšo sliko o življenjski dobi določenega vzorca.

Uporaba verige transformacij "uranium-torij", vsebovanih v zemeljski skorji, omogoča določitev starosti našega planeta. Odstotek teh elementov v povprečju skozi celotno zemeljsko skorjo je osnova te metode. Po najnovejših podatkih je starost Zemlje 4,6 milijarde let.