Період напіврозпаду фізики. Способи визначення періоду напіврозпаду

Найважливіша характеристика радіонукліду, серед інших властивостей – його радіоактивність, тобто кількість розпадів за одиницю часу (кількість ядер, що розпадаються в 1 секунду).

Одиниця активності радіоактивної речовини- Бекерель (Бк). 1 Беккерель = 1 розпад за секунду.

Досі використовують позасистемну одиницю активності радіоактивної речовини - Кюрі (Кі). 1 Кі = 3.7 * 1010 Бк.

Період напіврозпаду радіоактивної речовини

Слайд №10

Період напіврозпаду (Т1/2) – міра швидкості радіоактивного розпадуречовини - час, який потрібний для того, щоб радіоактивність речовини зменшилася наполовину, або час, який потрібний для того, щоб розпалася половина ядер у речовині.

Після закінчення часу, що дорівнює одному періоду напіврозпаду радіонукліду, його активність зменшиться вдвічі від початкової величини, після закінчення двох періодів напіврозпаду - в 4 рази, і так далі. Розрахунок показує, що після закінчення часу, що дорівнює десяти періодам напіврозпаду радіонукліду, його активність зменшиться приблизно в тисячу разів.

Періоди напіврозпаду різних радіоактивних ізотопів (радіонуклідів) мають значення від часток секунди до мільярдів років.

Слайд №11

Радіоактивні ізотопи, що мають періоди напіврозпаду менше доби-місяців, називають короткоживучими, а більше кількох місяців-років - довгоживучими.

Слайд №12

Види іонізуючого випромінювання

Будь-яке випромінювання супроводжується виділенням енергії. Коли, наприклад, тканина тіла людини піддана опроміненню, частина енергії буде передана атомам, які складають цю тканину.

Ми розглянемо процеси альфа-, бета- та гамма-випромінювання. Усі вони відбуваються під час розпаду атомних ядер радіоактивних ізотопів елементів.

Слайд №13

Альфа-випромінювання

Альфа-частинки - позитивно заряджені ядра гелію, що мають високу енергію.

Слайд №14

Іонізація речовини альфа-частинкою

Коли альфа-частка проходить у безпосередній близькості від електрона, вона притягує його і може вирвати з нормальної орбіти. Атом втрачає електрон і таким чином перетворюється на позитивно заряджений іон.

Іонізація атома вимагає приблизно 30-35 eV (електрон-вольт) енергії. Таким чином, альфа-частка, що володіє, наприклад, 5 000 000 eV енергії на початку її руху, може стати джерелом створення більш ніж 100 000 іонів, перш ніж вона перейде в стан спокою.

Маса альфа-часток приблизно в 7 000 разів більша за масу електрона. Велика масаальфа-часток визначає прямолінійність їх проходження через електронні оболонкиатомів під час іонізації речовини.

Альфа-частка втрачає невелику частину своєї первісної енергії кожному електроні, що вона відриває з атомів речовини, проходячи крізь нього. Кінетична енергія альфа-частинки та її швидкість при цьому безперервно зменшуються. Коли вся кінетична енергія витрачена, α-частка входить у стан спокою. У цей момент вона захопить два електрони і, перетворившись на атом гелію, втрачає свою здатність іонізувати матерію.

Слайд №15

Бета-випромінювання

Бета-випромінювання - це процес випромінювання електронів безпосередньо з ядра атома. Електрон у ядрі створюється при розпаді нейтрону на протон та електрон. Протон залишається в ядрі, тоді як електрон випускається у вигляді бета-випромінювання.

Слайд №16

Іонізація речовини бета-часткою

B-частка вибиває один із орбітальних електронів стабільного хімічного елемента. Ці два електрони мають однаковий електричний заряд та масу. Тому, зустрівшись, електрони відштовхнуться один одного, змінивши свої початкові напрямки руху.

Коли атом втрачає електрон, він перетворюється на позитивно заряджений іон.

Слайд №17

Гамма-випромінювання

Гамма-випромінювання не складається з частинок, як альфа-і бета-випромінювання. Воно, також як світло Сонця, є електромагнітною хвилею. Гамма-випромінювання це - електромагнітне (фотонне) випромінювання, що складається з гамма-квантів і випускається при переході ядер з збудженого станув основне при ядерних реакціяхабо анігіляції частинок. Це випромінювання має високу проникаючу здатність внаслідок того, що воно має значно меншу довжину хвилі, ніж світло і радіохвилі. Енергія гамма-випромінювання може досягати великих величина швидкість поширення гамма-квантів дорівнює швидкості світла. Як правило, гамма-випромінювання супроводжує альфа і бета-випромінювання, так як у природі практично не зустрічаються атоми, що випромінюють тільки гамма-кванти. Гамма-випромінювання подібно до рентгенівського випромінювання, але відрізняється від нього природою походження, довжиною електромагнітної хвилі і частотою.

У таблиці Менделєєва понад 100 хімічних елементів. Майже кожен із них представлений сумішшю стабільних та радіоактивних атомів, які називають ізотопами. даного елемента. Відомо близько 2000 ізотопів, з яких близько 300 – стабільні.

Наприклад, перший елемент таблиці Менделєєва - водню - існують такі ізотопи:

Водень Н-1 (стабільний), – дейтерій Н-2 (стабільний), – тритій Н-3 (радіоактивний, період напіврозпаду 12 років).

Радіоактивні ізотопи зазвичай називають радіонуклідами.

Що таке період напіврозпаду

Число радіоактивних ядер одного типу постійно зменшується в часі завдяки їхньому розпаду.

Швидкість розпаду прийнято характеризувати періодом напіврозпаду: це час, протягом якого кількість радіоактивних ядер певного типу зменшиться вдвічі.

Абсолютно помилковим є наступне трактування поняття "період напіврозпаду": "якщо радіоактивна речовина має період напіврозпаду 1 годину, це означає, що через 1 годину розпадеться його перша половина, а ще через 1 годину - друга половина, і ця речовина повністю зникне (розпадеться) ".

Для радіонукліду з періодом напіврозпаду 1 година це означає, що через 1 годину його кількість стане меншою від початкового в 2 рази, через 2 години - в 4, через 3 години - в 8 разів і т.д., але повністю не зникне ніколи. У такій же пропорції буде зменшується і радіація, що випромінюється цією речовиною. Тому можна прогнозувати радіаційну обстановкуна майбутнє, якщо знати, які і в якій кількості радіоактивні речовини створюють радіацію в даному місці Наразічасу.

Кожен радіонуклід має свій період напіврозпаду, він може становити як частки секунди, так і мільярди років. Важливо, що період напіврозпаду даного радіонукліду постійний і змінити його неможливо.

Ядра, що утворюються при радіоактивному розпаді, у свою чергу, також можуть бути радіоактивними. Так, наприклад, радіоактивний радон-222 завдячує своїм походженням радіоактивному урану-238.

Іноді трапляються твердження, що радіоактивні відходи у сховищах повністю розпадуться за 300 років. Це не так. Просто цей час становитиме приблизно 10 періодів напіврозпаду цезію-137, одного з найпоширеніших техногенних радіонуклідів, і за 300 років його радіоактивність у відходах знизиться майже у 1000 разів, але, на жаль, не зникне.

Природна радіоактивність

Природна радіоактивність існує мільярди років, вона є буквально всюди. Іонізуючі випромінюванняіснували Землі задовго до зародження у ньому життя і були присутні у космосі до самої Землі. Радіоактивні матеріали увійшли до складу Землі від її народження. Будь-яка людина злегка радіоактивна: у тканинах людського тілаодним з головних джерел природної радіації є калій-40 і рубідій-87, причому не існує способу їх позбутися.

Врахуємо, що сучасна людинадо 80% часу проводить у приміщеннях - вдома чи на роботі, де й отримує основну дозу радіації: хоча будівлі захищають від випромінювань ззовні, у будматеріалах, з яких вони збудовані, міститься природна радіоактивність. Істотний внесок у опромінення людини робить радон і продукти його розпаду.

Радон

Основним джерелом цього радіоактивного інертного газу є кора земна. Проникаючи через тріщини та щілини у фундаменті, підлозі та стінах, радон затримується у приміщеннях. Інше джерело радона в приміщенні - це самі будівельні матеріали(Бетон, цегла і т.д.), що містять природні радіонукліди, які є 7 джерелом радону. Радон може надходити до будинків також із водою (особливо якщо вона подається з артезіанських свердловин), при спалюванні природного газуі т.д.

Радон у 7,5 разів важчий за повітря. Як наслідок, концентрація радону у верхніх поверхах багатоповерхових будинків зазвичай нижча, ніж на першому поверсі.

Основну частину дози опромінення від радону людина отримує, перебуваючи в закритому приміщенні, що не провітрюється; регулярне провітрювання може знизити концентрацію радону у кілька разів.

При тривалому надходженні радону та його продуктів в організм людини багаторазово зростає ризик виникнення раку легенів.

Техногенна радіоактивність

Техногенна радіоактивність виникає внаслідок людської діяльності.

Усвідомлена господарська діяльність, у процесі якої відбувається перерозподіл та концентрування природних радіонуклідів, призводить до помітних змін природного радіаційного фону. Сюди відноситься видобуток та спалювання кам'яного вугілля, нафти, газу, інших горючих копалин, використання фосфатних добрив, видобуток та переробка руд.

Такий вид транспорту, як Громадянська авіація, піддає своїх пасажирів підвищеному впливу космічного випромінювання

І, звичайно, свій внесок дають випробування ядерної зброї, підприємства атомної енергетики та промисловості.

Безумовно, можливе й випадкове (неконтрольоване) поширення радіоактивних джерел: аварії, втрати, розкрадання, розпилення тощо. Такі ситуації, на щастя, дуже рідкісні. Крім того, їхня небезпека не слід перебільшувати.

Як захиститись від радіації

Від джерела радіації захищаються часом, відстанню та речовиною.

Часом - внаслідок того, що чим менший часперебування поблизу джерела радіації, тим менша отримана від нього доза опромінення.

Відстань - завдяки тому, що випромінювання зменшується з віддаленням від компактного джерела(Пропорційно квадрату відстані). Якщо з відривом 1 метр від джерела радіації дозиметр фіксує 1000 мкР/год, то вже з відривом 5 метрів показання знизяться приблизно до 40 мкР/год.

Речовиною - необхідно прагнути, щоб між Вами та джерелом радіації виявилося як можна більше речовини: чим його більше і чим воно щільніше, тим більшу частинурадіації воно поглине.

Що стосується головного джерела опромінення в приміщеннях – радону та продуктів його розпаду, то регулярне провітрювання дозволяє значно зменшити їхній внесок у дозове навантаження.

Крім того, якщо мова йдепро будівництво чи оздоблення власного житла, яке, ймовірно, прослужить не одному поколінню, слід постаратися купити радіаційно безпечні будматеріали – благо їх асортимент нині надзвичайно багатий.

Висновок.

Роблячи цей реферат, я відкрив для себе багато нового. Я вибирав потрібну інформацію з багатьох джерел. Під час відбору інформації я знаходив багато цікавого. Ця робота поєднує у собі праці багатьох людей. У ній коротко викладено майже весь матеріал про основні аспекти радіоактивності, починаючи від того, що таке радіоктивність і закінчуючи методами захисту від неї.

Період напіврозпаду

Період напіврозпадуквантовомеханічної системи (частки, ядра, атома, енергетичного рівняі т. д.) - час T½ протягом якого система розпадається з ймовірністю 1/2. Якщо розглядається ансамбль незалежних частинок, то протягом одного періоду напіврозпаду кількість частинок, що вижили, зменшиться в середньому в 2 рази. Термін застосуємо тільки до систем, що експоненційно розпадаються.

Не слід вважати, що за два періоди напіврозпаду розпадуться всі частинки, взяті в початковий момент. Оскільки кожен період напіврозпаду зменшує кількість частинок, що вижили, вдвічі, за час 2 T½ залишиться чверть від початкового числа частинок, за 3 T½ - одна восьма і т. д. Взагалі, частка часток, що вижили (або, точніше, ймовірність виживання pдля цієї частки) залежить від часу tнаступним чином:

Період напіврозпаду, середній час життя та константа розпаду пов'язані наступними співвідношеннями, отриманими із закону радіоактивного розпаду:

Оскільки період напіврозпаду приблизно на 30,7% коротший, ніж середній час життя.

Насправді період напіврозпаду визначають, вимірюючи активність досліджуваного препарату через певні проміжки часу. Враховуючи, що активність препарату пропорційна кількості атомів речовини, що розпадається, і скориставшись законом радіоактивного розпаду, можна обчислити період напіврозпаду. даної речовини.

приклад

Якщо позначити для даного моменту кількість ядер здатних до радіоактивному перетвореннючерез N, а проміжок часу через t 2 - t 1 , де t 1 і t 2 - досить близькі моменти часу ( t 1 < t 2), і число атомних ядер, що розкладаються, в цей відрізок часу через n, то n = KN(t 2 - t 1). Де коефіцієнт пропорційності K = 0,693/T½ називається константи розпаду. Якщо прийняти різницю ( t 2 - t 1) рівної одиниці, тобто інтервал часу спостереження рівним одиниці, то K = n/Nі, отже, константа розпаду показує частку від кількості атомних ядер, які зазнають розпаду в одиницю часу. Отже, розпад відбувається так, що в одиницю часу розпадається та сама частка від наявного числа атомних ядер, що визначає закон експоненційного розпаду.

Величини періодів напіврозпаду різних ізотопів різні; для деяких, особливо швидко розпадаються, період напіврозпаду може бути рівним мільйонним часткам секунди, а для деяких ізотопів, як уран-238 і торій-232 він відповідно дорівнює 4,498·10 9 і 1,389·10 10 років. Легко підрахувати число атомів урану-238, які зазнають перетворення в даній кількості урану, наприклад, в одному кілограмі протягом однієї секунди. Кількість будь-якого елемента в грамах чисельно дорівнює атомної вагимістить, як відомо, 6,02·10 23 атомів. Тому згідно з наведеною вище формулою n = KN(t 2 - t 1) знайдемо число атомів урану, що розпадаються в одному кілограмі в одну секунду, маючи на увазі, що в році 365 * 24 * 60 * 60 секунд,

Обчислення призводять до того, що в одному кілограмі урану протягом однієї секунди розпадається дванадцять мільйонів атомів. Незважаючи на таке величезна кількість, все ж таки швидкість перетворення мізерно мала. Справді, за секунду розпадається наступна частина урану:

Таким чином, з готівки урану в одну секунду розпадається його частка, рівна

Звертаючись знову до основного закону радіоактивного розпаду KN(t 2 - t 1), тобто до того факту, що з готівки атомних ядер в одиницю часу розпадається всього одна і та ж їх частка і, маючи до того ж через повну незалежністьатомних ядер в будь-якій речовині один від одного, можна сказати, що цей закон є статистичним у тому сенсі, що він не вказує які саме атомні ядра зазнають розпаду в даний відрізок часу, а лише говорить про їхнє число. Безперечно, цей закон зберігає силу лише для того випадку, коли готівка ядер дуже велика. Деякі з атомних ядер розпадуться найближчим часом, тоді як інші ядра зазнаватимуть перетворення значно пізніше, тому коли готівка радіоактивних атомних ядер порівняно невелика, закон радіоактивного розпаду може і виконуватися у всій строгості.

Приклад 2

Зразок містить 10 г ізотопу плутонію Pu-239 з періодом напіврозпаду 24 400 років. Скільки атомів плутонію розпадається щомиті?

Ми вирахували миттєву швидкістьрозпаду. Кількість атомів, що розпалися, обчислимо за формулою

Остання формула дійсна лише тоді, коли аналізований період (у даному випадку- 1 секунда) значно менше, ніж період напіврозпаду. Коли аналізований період порівняємо з періодом напіврозпаду, слід користуватися формулою

Ця формула придатна в будь-якому випадку, однак для малих періодів часу вимагає обчислень з дуже великою точністю. Для цього завдання:

Парціальний період напіврозпаду

Якщо система з періодом напіврозпаду T 1/2 може розпадатися кількома каналами, кожному з них можна визначити парціальний періоднапіврозпаду. Нехай ймовірність розпаду по i-му каналу (коефіцієнт розгалуження) дорівнює p i. Тоді парціальний період напіврозпаду по i-му каналу дорівнює

Парціальний має сенс періоду напіврозпаду, який був у даної системи, якщо «вимкнути» всі канали розпаду, крім i-го. Так як за визначенням, то для будь-якого каналу розпаду.

Стабільність періоду напіврозпаду

У всіх випадках (крім деяких ізотопів, що розпадаються шляхом електронного захоплення) період напіврозпаду був постійним (окремі повідомлення про зміну періоду були викликані недостатньою точністю експерименту, зокрема, неповним очищенням від високоактивних ізотопів). У зв'язку з цим період напіврозпаду вважається незмінним. На цій підставі будується визначення абсолютного геологічного віку гірських порід, а також радіовуглецевий метод визначення віку біологічних останків

Припущення про зміну періоду напіврозпаду використовується креаціоністами, а також представниками т.з. «альтернативної науки» для спростування наукової датування гірських порід, залишків живих істот та історичних знахідок з метою подальшого спростування наукових теорійпобудовані з використанням такої датування. (Див., Наприклад, статті Креаціонізм, Науковий креаціонізм, Критика еволюціонізму, Туринська плащаниця).

Варіабельність постійної розпаду для електронного захоплення спостерігалася в експерименті, але вона лежить у межах відсотка у всьому доступному в лабораторії діапазоні тисків та температур. Період напіврозпаду в цьому випадку змінюється у зв'язку з деякою (досить слабкою) залежністю густини хвильової функціїорбітальних електронів на околиці ядра від тиску і температури. Суттєві зміни постійного розпаду спостерігалися також для сильно іонізованих атомів (так, в граничному випадку повністю іонізованого ядра електронне захоплення може відбуватися тільки при взаємодії ядра з вільними електронамиплазми; крім того, розпад, дозволений для нейтральних атомів, у деяких випадках для сильно іонізованих атомів може бути кінематично заборонений). Всі ці варіанти зміни постійних розпадів, очевидно, не можуть бути залучені для «спростування» радіохронологічних датувань, оскільки похибка самого радіохронометричного методу для більшості ізотопів-хронометрів становить більше відсотка, а високоіонізовані атоми природні об'єктина Землі не можуть існувати скільки-небудь довгий час.

Пошук можливих варіацій періодів напіврозпаду радіоактивних ізотопів, як у час, і протягом мільярдів років, цікавий у зв'язку з гіпотезою про варіаціях значень фундаментальних констант у фізиці (постійної тонкої структури , константи Фермі тощо. буд.). Однак ретельні виміри поки що не принесли результату - у межах похибки експерименту зміни періодів напіврозпаду не було знайдено. Так, було показано, що за 4,6 млрд років константа α-розпаду самарія-147 змінилася не більше ніж на 0,75%, а для β-розпаду ренію-187 зміна за цей же час не перевищує 0,5%; в обох випадках результати сумісні з відсутністю таких змін.

Див. також

Примітки

Wikimedia Foundation. 2010 .

• Аї
• Меренра I

Дивитись що таке "Період напіврозпаду" в інших словниках:

ПЕРІОД НАПІВРОЗПАДУ- період напіврозпаду, проміжок часу, протягом якого розпадається половина даної кількості ядер радіоактивного ізотопу(які перетворюються на інший елемент або ізотоп). Вимірюється лише період напіврозпаду, оскільки повного розпадуне… … Науково-технічний енциклопедичний словник

ПЕРІОД НАПІВРОЗПАДУ- Проміжок часу, протягом якого вихідне число радіоактивних ядер в середньому зменшується вдвічі. За наявності N0 радіоактивних ядер у час t=0 їх число N зменшується у часі за законом: N=N0e lt, де l постійна радіоактивного розпаду … Фізична енциклопедія

ПЕРІОД НАПІВРОЗПАДУ- час, протягом якого розкладається половина вихідного радіоактивного матеріалу чи пестициду. Екологічний енциклопедичний словник. Кишинів: Головна редакціяМолдавській радянської енциклопедії. І.І. Дід ю. 1989 … Екологічний словник

ПЕРІОД НАПІВРОЗПАДУ- проміжок часу T1/2, протягом якого кількість нестабільних ядерзменшується вдвічі. T1/2 = 0,693/λ = 0,693 τ, де λ постійна радіоактивного розпаду; τ середній час життя радіоактивного ядра. також Радіоактивність … Російська енциклопедіяз охорони праці

період напіврозпаду- Час, протягом якого активність радіоактивного джерела спадає до значення половини. [Система неруйнівного контролю. Види (методи) та технологія неруйнівного контролю. Терміни та визначення ( довідковий посібник). Москва 2003 р.]… … Довідник технічного перекладача

Історія вивчення радіоактивності розпочалася 1 березня 1896 року, коли відомий французький учений випадково виявив дивність у випромінюванні солей урану. Виявилося, що фотопластинки, розташовані в одному ящику із зразком, засвічені. До цього призвело дивне випромінювання, яке мало високу проникаючу здатність, яке мало уран. Ця властивість виявилася у самих важких елементів, завершальних періодичну таблицю. Йому дали назву "радіоактивність".

Вводимо характеристики радіоактивності

Цей процес - мимовільне перетворення атома ізотопу елемента на інший ізотоп з одночасним виділенням елементарних частинок(Електронів, ядер атомів гелію). Перетворення атомів виявилося мимовільним, що не потребує поглинання енергії ззовні. Основною величиною, що характеризує процес виділення енергії в ході, називають активність.

Активністю радіоактивного зразка називають ймовірну кількість розпадів цього зразка за одиницю часу. У міжнародній) одиницею виміру її названо беккерель (Бк). В 1 беккерель прийнято активність такого зразка, в якому в середньому відбувається 1 розпад на секунду.

А=λN, де λ- стала розпаду, N - число активних атомів у зразку.

Виділяють α, β, γ-розпади. Відповідні рівняння називають правилами усунення:

Тимчасовий інтервал у радіоактивності

Момент розвалу частки неможливо встановити для цього конкретного атома. Для нього це радше «нещасний випадок», аніж закономірність. Виділення енергії, що характеризує цей процес, визначають як активність зразка.

Помічено, що вона з часом змінюється. Хоча окремі елементидемонструють дивовижну сталість ступеня випромінювання, існують речовини, активність яких зменшується у кілька разів досить короткий проміжок часу. Дивовижна різноманітність! Чи можливо знайти закономірність у цих процесах?

Встановлено, що є час, протягом якого рівно половина атомів даного зразка зазнає розпаду. Цей інтервал часу отримав назву "період напіврозпаду". У чому сенс запровадження цього поняття?

напіврозпаду?

Звісно ж, що з час, рівне періоду, рівно половина всіх активних атомів даного зразка розпадається. Але чи означає це, що за два періоди напіврозпаду всі активні атоми повністю розпадуться? Зовсім немає. Через певний момент у зразку залишається половина радіоактивних елементів, Через такий самий проміжок часу з атомів, що залишилися, розпадається ще половина, і так далі. При цьому випромінювання зберігається тривалий час, що значно перевищує період напіврозпаду. Отже, активні атоми зберігаються у зразку незалежно від випромінювання

Період напіврозпаду - це величина, яка залежить виключно від властивостей цієї речовини. Значення величини визначено багатьом відомих радіоактивних ізотопів.

Таблиця: «Напівперіод розпаду окремих ізотопів»

Визначення періоду напіврозпаду виконано експериментально. У ході лабораторних досліджень багаторазово проводиться вимір активності. Оскільки лабораторні зразки мінімальних розмірів (безпека дослідника понад усе), експеримент проводиться з різним інтервалом часу, багаторазово повторюючись. В його основу покладено закономірність зміни активності речовин.

З метою визначення періоду напіврозпаду проводиться вимірювання активності даного зразка у певні проміжки часу. З урахуванням того, що даний параметр пов'язаний з кількістю атомів, що розпалися, використовуючи закон радіоактивного розпаду, визначають період напіврозпаду.

Приклад визначення для ізотопу

Нехай кількість активних елементів досліджуваного ізотопу в даний час дорівнює N, інтервал часу, протягом якого ведеться спостереження t 2 - t 1 , де моменти початку і закінчення спостереження досить близькі. Припустимо, що n - число атомів, що розпалися в даний часовий інтервал, тоді n = KN(t 2 - t 1).

У цьому виразі K = 0,693/T½ - коефіцієнт пропорційності, що називається константою розпаду. T½ - період напіврозпаду ізотопу.

Приймемо часовий інтервал за одиницю. При цьому K = n/N вказує частку присутніх ядер ізотопу, що розпадаються в одиницю часу.

Знаючи величину константи розпаду, можна визначити напівперіод розпаду: T½ = 0,693/K.

Звідси випливає, що за одиницю часу розпадається не певну кількістьактивних атомів, а певна їхня частка.

Закон радіоактивного розпаду (ЗРР)

Період напіврозпаду покладено основою ЗРР. Закономірність виведена Фредеріко Содді та Ернестом Резерфордом на основі результатів експериментальних досліджень 1903 року. Дивно, що багаторазові виміри, виконані за допомогою приладів, далеких від досконалості, в умовах початку ХХ століття, призвели до точного та обґрунтованого результату. Він став основою теорії радіоактивності. Виведемо математичний записзакону радіоактивного розпаду

Нехай N 0 – кількість активних атомів на даний момент часу. Після закінчення інтервалу часу t нерозпадаються залишаться N елементів.

На момент часу, рівному періодунапіврозпаду залишиться рівно половина активних елементів: N=N 0 /2.

Після ще одного періоду напіврозпаду у зразку залишаються: N=N 0 /4=N 0 /2 2 активних атомів.

Після часу, що дорівнює ще одному періоду напіврозпаду, зразок збереже тільки: N=N 0 /8=N 0 /2 3 .

На момент часу, коли мине n періодів напіврозпаду, у зразку залишиться N=N 0 /2 n активних частинок. У цьому вся виразі n=t/T½: відношення часу дослідження на період напіврозпаду.

ЗРР має дещо інший математичний вираз, зручніший у розв'язанні задач: N=N 0 2 - t/ T½ .

Закономірність дозволяє визначити, окрім періоду напіврозпаду, кількість атомів активного ізотопу, що не розпалися в даний момент часу. Знаючи кількість атомів зразка на початку спостереження, за деякий час можна визначити час життя даного препарату.

Визначити період напіврозпаду формула закону радіоактивного розпаду допомагає лише за наявності певних параметрів: числа активних ізотопів у зразку, що довідатися досить складно.

Наслідки закону

Записати формулу ЗРР можна, використовуючи поняття активності та маси атомів препарату.

Активність пропорційна кількості радіоактивних атомів: A=A 0 .2 -t/T . У цій формулі А 0 – активність зразка у початковий момент часу, А – активність після закінчення t секунд, Т – період напіврозпаду.

Маса речовини може бути використана у закономірності: m=m 0 .2 -t/T

Протягом будь-яких рівних проміжків часу розпадається абсолютно однакова частка радіоактивних атомів, що є в даному препараті.

Межі застосування закону

Закон у всіх сенсах є статистичним, визначаючи процеси, які у мікросвіті. Зрозуміло, період напіврозпаду радіоактивних елементів - величина статистична. Ймовірнісний характерподій у атомних ядрахпередбачає, що довільне ядро ​​може розвалитися будь-якої миті. Передбачити подію неможливо, можна лише визначити її ймовірність на даний момент часу. Як наслідок, період напіврозпаду не має сенсу:

• для окремого атома;
• для зразка мінімальної маси.

Час життя атома

Існування атома в його первісному стані може тривати секунду, а може й мільйони років. Говорити про час життя цієї частки також не доводиться. Ввівши величину, що дорівнює середньому значенню часу життя атомів, можна вести розмову про існування атомів радіоактивного ізотопу, наслідки радіоактивного розпаду. Період напіврозпаду ядра атома залежить від властивостей даного атома і залежить від інших величин.

Чи можна вирішити проблему: як знайти період напіврозпаду, знаючи середній час життя?

Визначити період напіврозпаду формула зв'язку середнього часу життя атома та постійного розпаду допомагає не менше.

τ= T 1/2 /ln2= T 1/2 /0,693=1/ λ.

У цьому записі τ – середній час життя, λ – постійна розпаду.

Використання періоду напіврозпаду

Застосування ЗРР визначення віку окремих зразків отримало широке розповсюдженняу дослідженнях кінця ХХ століття. Точність визначення віку копалин артефактів настільки зросла, що може дати уявлення час життя за тисячоліття до нашої ери.

Копалини органічних зразків заснований на зміні активності вуглецю-14 (радіоактивного ізотопу вуглецю), що присутній у всіх організмах. Він потрапляє в живий організм у процесі обміну речовин і міститься в ньому у певній концентрації. Після смерті обмін речовин з довкіллямприпиняється. Концентрація радіоактивного вуглецю падає внаслідок природного розпадуактивність зменшується пропорційно.

За наявності такого значення, як період напіврозпаду, формула закону радіоактивного розпаду допомагає визначити час із припинення життєдіяльності організму.

Ланцюжки радіоактивного перетворення

Дослідження радіоактивності проводилися в лабораторних умов. Дивовижна здатністьрадіоактивних елементів зберігати активність протягом години, доби і навіть років не могла не викликати подиву у фізиків початку ХХ століття. Дослідження, наприклад, торію, супроводжувалися несподіваним результатом: у закритій ампулі активність його була значною. За найменшого подиху вона падала. Висновок виявився простим: перетворення торію супроводжується виділенням радону (газ). Всі елементи в процесі радіоактивності перетворюються на зовсім іншу речовину, що відрізняється і фізичними, і хімічними властивостями. Ця речовина, у свою чергу, також нестабільна. В даний час відомо три ряди аналогічних перетворень.

Знання про такі перетворення вкрай важливі щодо часу недоступності зон, заражених у процесі атомних і ядерних досліджень чи катастроф. Період напіврозпаду плутонію – залежно від його ізотопу – лежить в інтервалі від 86 років (Pu 238) до 80 млн років (Pu 244). Концентрація кожного ізотопу дає уявлення про період знезараження території.

Найдорожчий метал

Відомо, що в наш час є метали значно дорожчі, ніж золото, срібло та платина. До них і плутоній. Цікаво, що у природі створений у процесі еволюції плутоній не зустрічається. Більшість елементів отримано у лабораторних умовах. Експлуатація плутонію-239 ядерних реакторахдала можливість йому стати надзвичайно популярним у наші дні. Отримання достатньої для використання в реакторах кількості даного ізотопу робить його практично безцінним.

Плутоній-239 виходить у природних умовяк наслідок ланцюжка перетворень урану-239 на нептуній-239 (період напіврозпаду - 56 годин). Аналогічний ланцюжок дозволяє накопичити плутоній у ядерних реакторах. Швидкість появи необхідної кількостіперевищує природну в мільярди разів.

Застосування в енергетиці

Можна багато говорити про недоліки атомної енергетики та про «дива» людства, яке практично будь-яке відкриття використовує для знищення собі подібних. Відкриття плутонію-239, який здатний брати участь у дозволило використовувати його як джерело мирної енергії. Уран-235, що є аналогом плутонію, зустрічається на Землі вкрай рідко, виділити його значно складніше, ніж отримати плутоній.

Вік Землі

Радіоізотопний аналіз радіоактивних ізотопів елементів дає більш точне уявлення про час життя того чи іншого зразка.

Використання ланцюжка перетворень "уран - торій", що містяться в земної коридає можливість визначити вік нашої планети. Відсоткове співвідношення цих елементів у середньому по всій земній корі є основою цього методу. За останніми даними, вік Землі становить 4,6 мільярда років.

>> Закон радіоактивного розпаду. Період напіврозпаду

§ 101 ЗАКОН РАДІОАКТИВНОГО РОЗПАДУ. ПЕРІОД НАПІВРОЗПАДУ

Радіоактивний розпад підпорядковується статистичного закону. Резерфорд, досліджуючи перетворення радіоактивних речовин, встановив досвідченим шляхом, що їх активність зменшується з часом. Про це йшлося у попередньому параграфі. Так, активність радону зменшується вдвічі вже через 1 хв. Активність таких елементів, як уран, торій і радій, теж зменшується з часом, але набагато повільніше. Для кожної радіоактивної речовини існує певний інтервал часу, протягом якого активність зменшується в 2 рази. Цей інтервал зветься період напіврозпаду. Період напіврозпаду Т – це час, протягом якого розпадається половина початкового числа радіоактивних атомів.

Спад активності, тобто числа розпадів за секунду, залежно від часу для одного з радіоактивних препаратівзображено малюнку 13.8. Період напіврозпаду цієї речовини дорівнює 5 діб.

Виведемо тепер математичну формузакону радіоактивного розпаду Нехай число радіоактивних атомів у початковий час (t= 0) дорівнює N 0 . Тоді після закінчення періоду напіврозпаду це число дорівнюватиме

Ще один такий же інтервал часу це число стане рівним: