Poločas rozpadu radioaktivních prvků - co je a jak je určeno? Formulace poločasu

Historie studia rádioaktivity se začala 1. března 1896, kdy slavný francouzský vědec Henri Becquerel

Uveďte charakteristiky radioaktivity

Tento proces je spontánní transformace atomu izotopu prvku na jiný izotop se současným oddělením elementárních částic (elektrony, jádra atomů helia). Transformace atomů se ukázala být spontánní, nevyžadující absorpci energie zvenčí. Hlavní množství charakteristické pro proces uvolňování energie v průběhu roku radioaktivní rozpad, tzv. aktivitu.

Aktivita radioaktivního vzorku je pravděpodobný počet rozpadů daného vzorku na jednotku času. V SI (systém mezinárodní) jednotka měření se nazývá becquerel (Bq). V 1 becquerelu je akceptována aktivita takového vzorku, ve kterém dochází v průměru k 1 rozpadu za sekundu.

A = lambda-N, kde lambda je konstanta rozpadu, N je počet aktivních atomů ve vzorku.

Přidělit alfa-, beta-, gama - rozpad. Odpovídající rovnice se nazývají pravidla posunutí:

Stanovení poločasu se provádí experimentálně. Během laboratorních testů se aktivita opakovaně měří. Vzhledem k tomu, že laboratorní vzorky mají minimální rozměry (především bezpečnost výzkumného pracovníka), experiment se provádí v různých časových intervalech, opakovaně se opakuje. Je založen na pravidelnosti změn v činnosti látek.

K určení poločasu se měří aktivita daného vzorku v určitých intervalech. Vzhledem k tomu, že tento parametr souvisí s počtem atomů rozkládajících se při použití radioaktivního rozpadu, určte poločas rozpadu.

Příklad stanovení izotopu

Nechte počet aktivních prvků zkoumaného izotopu v daném časovém okamžiku N, časový interval, během kterého t₂- t₁, kde jsou okamžiky počátku a konce pozorování velmi blízko. Předpokládejme, že n je počet atomů, které se rozpadly do daného časového intervalu, pak n = KN (t₂- t₁).

V tomto vyjádření K = 0.693 / Tfrac12- je koeficient proporcionality nazývaný konstantou rozpadu. Tfrac12- je poločas rozpadu izotopu.

Uvádíme časový interval pro jednotku. V tomto případě K = n / N označuje zlomek přítomných izotopových jader, který se rozpadá na jednotku času.

Pokud známe hodnotu konstanty rozpadu, můžeme také určit poločas rozpadu: Tfrac12- = 0,693 / K.

Z toho vyplývá, že za jednotku času neexistuje určitý počet aktivních atomů, ale určitá část z nich se rozpadá.

Zákon radioaktivního rozkladu (RDF)

Poločas je základem ZRD. Pravidelnost odvodila Frederico Soddy a Ernest Rutherford na základě výsledků experimentálních studií v roce 1903. Překvapivě se ukázalo, že několik měření prováděných nástroji, které se od počátku dvacátého století nedařilo dokonalé, vedlo k přesnému a platnému výsledku. To se stalo základem teorie radioaktivity. Vyvodíme matematickou notaci pro zákon o radioaktivním rozkladu.

- Předpokládejme, že N₀ - počet aktivních atomů v daném okamžiku. Po uplynutí intervalu t zůstávají prvky N neporušené.

- V době rovnající se poločasu zůstane přesně polovina aktivních prvků: N = N₀/ 2.

- Po dalším poločasu ve vzorku je N = N₀/ 4 = N₀/ 2² aktivních atomů.

- Po uplynutí doby jednoho poločasu zůstane vzorek zachován pouze: N = N₀/ 8 = N₀/ 2³.

- Do doby, kdy uplynul n poločas, N = N zůstává ve vzorku₀/ 2ⁿ aktivní částice. V tomto výrazu n = t / Tfrac12-: poměr doby studie k poločasu života.

- ZRP má poněkud jiný matematický výraz, vhodnější při řešení problémů: N = N₀2^{-t /Tfrac12-_.}

Pravidelnost umožňuje stanovit kromě poločasu i počet atomů aktivního izotopu, které se v daném okamžiku nezhoršily. Pokud znáte počet atomů ve vzorku na začátku pozorování, po určité době můžete určit životnost léku.

Určení poločasu vzorce zákona o radioaktivním rozkladu pomáhá pouze za přítomnosti určitých parametrů: počet aktivních izotopů ve vzorku, který je obtížné vědět.

Důsledky zákona

Můžete si zapsat vzorec ZRR pomocí konceptů aktivity a hmotnosti atomů drogy.

Aktivita je úměrná počtu radioaktivních atomů: A = A₀• 2^{-t / T}. V tomto vzorci A₀ - aktivita vzorku v počátečním čase, A - aktivita po t sekundách, T - poločas rozpadu.

Hmotnost látky může být použita v pravidelnosti: m = m₀• 2^{-t / T}

Během jakýchkoli stejně dlouhých časových intervalů se zcela rozdělí absolutně stejná frakce radioaktivních atomů, které jsou v tomto přípravku dostupné.

Limity použitelnosti zákona

Zákon ve všech smyslech je statistický a určuje procesy probíhající v mikrokosmu. Je zřejmé, že poločas rozpadu radioaktivních prvků je statistický. Pravděpodobnostní povaha událostí v atomových jádrech naznačuje, že libovolné jádro se může kdykoli zhroutit. Předpokládejme, že událost je nemožná, můžete určit její pravděpodobnost pouze v daný čas. V důsledku toho poločas nemá smysl:

• pro jednotlivý atom;
• pro vzorek minimální hmotnosti.

Životnost atomu

Existence atomu v jeho původním stavu může trvat sekundu a možná i miliony let. Není také nutné mluvit o životě dané částice. Zavedením hodnoty rovnající se průměrné hodnotě životnosti atomů lze mluvit o existenci atomů radioaktivního izotopu, o důsledcích radioaktivního rozkladu. Poločas atomového jádra závisí na vlastnostech daného atomu a nezávisí na jiných veličinách.

Je možné vyřešit problém: jak najít poločas, znát průměrnou životnost?

Stanovení poločasu vzorce pro vztah mezi průměrnou dobou životnosti atomu a konstantou rozpadu není neméně důležité.

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

V této položce tau - je průměrná životnost, lambda - je konstanta rozkladu.

Použití poločasu rozpadu

Použití ZRP k určení věku jednotlivých vzorků se rozšířilo ve studiích konce dvacátého století. Přesnost stanovení věku fosilních artefaktů se natolik rozrostla, že může poskytnout představu o životě tisíciletí před naším letopočtem.

Radiokarbonová analýza fosilních organických vzorků je založeno na změně aktivity uhlíku-14 (radioaktivní izotop uhlíku) přítomného ve všech organismech. Vstupuje do živého organismu v procesu metabolismu a je v něm obsažen v určité koncentraci. Po smrti se metabolismus s prostředím zastaví. Koncentrace radioaktivního uhlí klesá v důsledku přirozeného úpadku, aktivita se snižuje proporcionálně.

Pokud je taková hodnota jako poločas, vzorec pro zákon o radioaktivním rozkladu pomáhá určit čas od okamžiku, kdy se zastaví životně důležitá aktivita organismu.

Řetězy radioaktivní transformace

Studie radioaktivity byly prováděny za laboratorních podmínek. Úžasná schopnost radioaktivních prvků udržovat činnost po celé hodiny, dny a dokonce léta nemohla překvapit fyzikům z počátku dvacátého století. Studie, například thorium, byly doprovázeny neočekávaným výsledkem: v uzavřené ampuli byla jeho aktivita významná. Při nejmenším úderu padla. Závěr byl jednoduchý: transformace thoria je doprovázena uvolněním radonu (plynu). Všechny prvky procesu radioaktivity se přeměňují na zcela odlišnou látku, která se liší jak fyzikálními, tak chemickými vlastnostmi. Tato látka je navíc také nestabilní. V současné době jsou známy tři série podobných transformací.

Znalost těchto transformací je nesmírně důležitá při určování doby nepřístupnosti zón infikovaných v procesu atomového a jaderného výzkumu nebo katastrof. Poločas plutonia - v závislosti na jeho izotopu - leží v intervalu od 86 let (Pu 238) po 80 milionů let (Pu 244). Koncentrace každého izotopu dává představu o období dezinfekce území.

Nejdražší kov

Je známo, že v naší době jsou kovy mnohem dražší než zlato, stříbro a platina. Plutonium patří k nim také. Je zajímavé, že v přírodě nenastává plutonium vytvořené v průběhu evoluce. Většina prvků byla získána za laboratorních podmínek. Provoz plutonia-239 v jaderných reaktorech umožnil, aby se v dnešní době stal nesmírně populární. Získání dostatečného množství tohoto izotopu pro použití v reaktorech je téměř neocenitelné.

Plutonium-239 se získává v přírodních podmínkách v důsledku řetězce transformací uranu-239 na neptunium-239 (poločas rozpadu - 56 hodin). Podobný řetězec umožňuje akumulaci plutonia v jaderných reaktorech. Rychlost vzhledu požadovaného množství přesahuje přirozený vzorek v miliardách časů.

Aplikace v energetice

Člověk může hodně mluvit o nedostatcích jaderné energie a o "zvláštnostech" lidstva, které využívá téměř jakýkoli objev, aby zničil svůj vlastní druh. Objev plutonia-239, který se může účastnit řetězová jaderná reakce, dovolil mu, aby ho využil jako zdroj mírové energie. Uran-235, který je analogem plutonia, je na Zemi extrémně vzácný, aby se od něj odlišil uranové rudy mnohem obtížnější než získat plutonium.

Věk Země

Radioizotopová analýza izotopů radioaktivních prvků poskytuje přesnější obraz o životnosti daného vzorku.

Použití řetězu transformací "uranu - thoria" obsaženého v zemské kůře umožňuje stanovit věk naší planety. Podíl těchto prvků v průměru v celé zemské kůře je základem této metody. Podle nejnovějších údajů je věk Země 4,6 miliardy let.