Halveringstiden av radioaktiva grundämnen - vad är det och hur man ska definiera det? Formel halveringstid

Historien om studiet av radioaktivitet började 1 mars 1896, då den berömda franska vetenskapsmannen Anri Bekkerel upptäckte en konstig sak misstag i strålningen av salter uran. Det visade sig att en fotografisk plåt, placeras i en låda med ett prov fördärvas. Det är resultatet av länder som har hög genomträngande strålning, som hade anrikat uran. Denna fastighet finns i de tyngsta delarna, slutföra det periodiska systemet. Han fick namnet "radioaktivitet".

Vi introducerar egenskaper radioaktivitet

Denna process - spontan omvandling medlem atom isotop i en annan isotop med samtidig utveckling av elementära partiklar (elektroner, atomkärnor av helium). Omvandlingsatomer uppträdde spontant, utan att kräva extern energiabsorption. Huvudmängden karakterisera energifrigör under processen av radioaktivt sönderfall, kallas aktivitet.

radioaktiva provet aktivitet kallas sannolika antalet sönderfall av provet per tidsenhet. I SI (System International) måttenhet kallas den becquerel (Bq). I en antagen Becquerel sådant prov aktivitet som inträffar i genomsnitt ett sönderfall per sekund.

A = Xn, vari λ- avklingningskonstant, N - antalet aktiva atomer i provet.

Isolerat α, β, y-sönderfall. Motsvarande ekvationer kallas offset regler:

namn	Vad händer	reaktionsekvation
α sönderfall	omvandling av atomkärna i X Y kärna frigör kärnan i en heliumatom	X Z A → Z-Y 2 A-4 + 4 2 Han
β - sönderfall	omvandling av atomkärna i X Y kärnan med elektronfrigör	Z A → Z + X 1 Y A + -1 e A
γ - sönderfall	inte åtföljs av förändringar i cellkärnan, den energi som frigörs i form av en elektromagnetisk våg	X Z A → Z X A + γ

Tidsintervallet i radioaktivitet

Ögonblicket av kollapsen av partiklarna kan inte ställas in för den specifika atomen. För honom är det snarare en "olycka" snarare än ett mönster. Isolering av energi som kännetecknar processen, definieras som aktiviteten av provet.

Det märks att det förändras över tiden. Medan individuella element uppvisar en överraskande grad av konstans av strålning, det finns ämnen vars aktivitet minskar flera gånger under en kort tidsperiod. Häpnadsväckande mängd! Är det möjligt att hitta ett mönster i dessa processer?

Det är fastställt att det finns en tid under vilken exakt halv av atomerna av provet undergår förfall. Detta tidsintervall kallas "halveringstid". Vad är innebörden av införandet av detta koncept?

Vad är halveringstiden?

Det verkar som under en tid lika med perioden exakt hälften av de aktiva atomer närvarande prov raster. Men betyder det att det under alla aktiva atomer upplösas helt i två halveringstider? Inte alls. Efter en viss punkt i provet är halv av de radioaktiva elementen genom samma mängd tids återstående atomerna sönderfaller ens halv, och så vidare. Strålningen kvarstår under en längre tid, mycket högre än halveringstiden. Följaktligen är de aktiva atomerna i provet lagras oberoende från strålnings

Halveringstiden - en mängd som beror endast på egenskaperna hos substansen. Värdet definieras för många kända radioaktiva isotoper.

Tabell: "Halveringstiden sönderfall av vissa isotoper"

namn	beteckning	typ av sönderfall	halveringstid
radium	88 Ra 219	alfa	0.001 sekunder
magnesium	12 Mg 27	beta	10 minuter
radon	86 Rn 222	alfa	3,8 dagar
kobolt	27 Co 60	beta, gamma	5,3 år
radium	88 Ra 226	alfa, gamma	1620 år
Uranus	92 238 U	alfa, gamma	4,5 miljarder år

Fastställande av halveringstid utförs experimentellt. I laboratoriestudier genomförts upprepade gånger mäta aktiviteten. Eftersom laboratorieprover på minsta storlek (säkerhetsforskare är framför allt) är experimentet genomförs med olika intervaller, upprepas många gånger. Den är baserad på korrektheten förändringsagenter aktivitet.

I syfte att bestämma den halv-liv är uppmätt aktivitet hos provet vid specifika tidsintervall. Med tanke på att parameter relaterad till mängden upplösta atomer från radioaktivt sönderfall lag bestämma halveringstiden.

EXEMPEL definitioner för isotopen

Låt antalet aktiva element i isotop vid en given tidpunkt är lika med N, det tidsintervall under vilket observation är t ₂ - t ₁ där början och slutet är tillräckligt noggrann observation. Antag att n - antalet atomer desintegrerade i ett givet tidsintervall, då n = kN (t ₂ - t _1).

I detta uttryck K = 0693 / T½ - proportionalitetsfaktor, som kallas avklingningskonstant. T½ - halveringstiden för isotopen.

Antag för tidslucka enheten. Således K = n / N indikerar den fraktion av isotop kärnor närvarande sönderdelnings per tidsenhet.

Att veta värdet på sönderfallskonstanten kan bestämmas och halveringstiden av förfall: T½ = 0693 / K.

Det följer att per tidsenhet ingen bryter ett visst antal aktiva atomer, och en viss proportion.

Lagen av radioaktivt sönderfall (spp)

Half-life är grunden spp. Mönster härrör Frederick Soddy och Ernest Rutherford på grundval av experimentella resultat 1903. Det är förvånande att flera mätningar gjorda med instrument som är långt ifrån perfekt när det gäller början av nittonhundratalet, ledde till en korrekt och giltiga resultat. Han blev grunden för teorin om radioaktivitet. Vi härleda en matematisk inmatning av radioaktivt sönderfall lag.

- Låt N ₀ - antalet aktiva atomer i den aktiva tiden. Efter tidsintervallet t kommer nondecomposed N element.

- Vid en tidpunkt lika med halv-liv förblir exakt hälften av de aktiva elementen: N = N _0/2.

- Efter en ytterligare period av en halv av provet är: N = N _0/4 = N _0/2 ² aktiva atomer.

- Efter en tid lika med en ytterligare halv-liv, kommer provet endast behålla: N = N _0/8 = N _0/2 ^3.

- Vid en tidpunkt när värden n halvperioder i provet kommer att förbli ₀ N = N / 2 ⁿ av de aktiva partiklarna. I detta uttryck n = t / T½: förhållandet av sonden till halv-liv.

- har spp något annorlunda matematiskt uttryck som är mer praktiskt i de uppgifter: N = N ₀ 2 ^{- t / _T½.}

Mönstret gör det möjligt att fastställa, förutom till den halv-liv, antalet aktiva isotopatomer nondecomposed vid en given tidpunkt. Veta antalet atomer av provet vid början av observation, efter en viss tid, kan du bestämma livslängden av läkemedlet.

Bestäm halveringstiden för radioaktivt sönderfall lag formel hjälper endast om vissa parametrar: antalet aktiva isotoper i provet, är det svårt att hitta tillräckligt.

Konsekvenser av lagen

Rekord spp formeln kan, med hjälp av begreppet mass aktivitet och beredning atomer.

Aktivitet är proportionell mot antalet radioaktiva atomer: A = A ₀ • 2 ^{-t / T.} I denna formel A ₀ - prov aktivitet vid tiden noll, A - aktivitet efter t sekunder, T - halv-liv.

Vikt av ämnet kan användas i mönstret: m = m ₀ • 2 ^{-t / T}

För alla jämna mellanrum bryter exakt samma andel av de radioaktiva atomerna finns i denna beredning.

Gränserna för tillämpning av lagen

Lagen i alla avseenden är en statistisk, definiera processerna i ett mikrokosmos. Det är underförstått att halveringstiden för radioaktiva grundämnen - statistik. Den probabilistiska natur händelserna i atomkärnor tyder på att godtyckliga kärnan kan kollapsa när som helst. Förutsäga en händelse är omöjlig, kan vi bara bestämma sin trovärdighet åt gången. Som ett resultat, inte halveringstiden inte vettigt:

• för en särskild atom;
• minimiprovmassorna.

Livslängden för atomen

Förekomsten av atomen i sitt ursprungliga skick kan pågå under en sekund, och kanske miljontals år. Snacka om tiden för partiklar i livet är inte heller nödvändigt. Genom att ange ett belopp som motsvarar det genomsnittliga värdet av livslängden av atomerna, kan du tala om att det finns atomer av en radioaktiv isotop, effekterna av radioaktivt sönderfall. Halveringstiden för atomkärnan beror på egenskaperna hos atomen och är inte beroende av andra storheter.

Är det möjligt att lösa problemet: hur man hittar halveringstiden, att veta den genomsnittliga livslängden?

För att bestämma kommunikations formel halveringstiden för den genomsnittliga livslängden för atomen och förfall ständig hjälp, inte mindre.

_{τ = T 1/2 / ln2 = T} 1/2 / 0693 = 1 / λ.

I denna post, τ - den genomsnittliga livslängden, λ - sönderfallskonstanten.

Använda halveringstiden

Ansökan spp för att bestämma åldern på de enskilda proverna är utbredd i forskningen i slutet av nittonhundratalet. Noggrannheten i att bestämma åldern på fossila artefakter är så ökas som kan ge insikt i livslängd av årtusendet BC.

Radiocarbon fossila organiska prov baserade på förändringen av kol-14 aktivitet (radiocarbon) närvarande i alla organismer. Den faller i en levande kropp under metabolism och är innesluten däri vid en speciell koncentration. Efter döden av metabolism med miljön upphör. Koncentrationen av radioaktivt kol faller på grund av naturligt sönderfall, minskar aktiviteten proportionellt.

Med sådana värden, halveringstiden, formeln för lagen om radioaktivt sönderfall hjälper till att bestämma tidpunkten för uppsägning av organismens liv.

Kedja av radioaktiva transformationer

radioaktivitets studier utfördes i laboratoriemiljö. Fantastiska förmåga att radioaktiva grundämnen förblir aktiva i timmar, dagar eller till och med år kunde inte komma som en överraskning i början av nittonhundratalet fysiker. Studier, till exempel, torium, följt av ett oväntat resultat: i en sluten ampull av dess aktivitet var signifikant. Vid minsta doft av det föll. Slutsatsen var enkel: omvandlingen av torium åtföljs av utsläpp av radon (gas). Alla element i radioaktiviteten omvandlas till en helt annan substans, och vari de fysikaliska och kemiska egenskaper. Detta ämne, i sin tur, är också instabil. Det är nu känt tre rader av liknande transformationer.

Kunskap om dessa förändringar är mycket viktiga för att bestämma tidpunkten för otillgänglighet områden förorenade i processen för atom- och kärnforskning eller katastrofer. Halveringstiden av plutonium - beroende på dess isotoper - i området från 86 s (Pu 238) till 80 Ma (Pu 244). Koncentrationen av varje isotop ger en uppfattning om den tid saneringsområdet.

Den dyraste metall

Det är känt att i modern tid finns det en mycket dyrare metall än guld, silver och platina. Dessa inkluderar plutonium. Intressant i naturen skapas i utvecklingen av plutonium inte hittas. De flesta element erhålls under laboratorieförhållanden. Drift av plutonium-239 i kärnreaktorer har gjort det möjligt för honom att bli mycket populär i dessa dagar. Erhålla tillräcklig för användning i reaktorer av den mängd av isotopen gör det praktiskt ovärderligt.

Plutonium-239 erhålls in vivo som ett resultat av kedjereaktioner i uran-239 Neptunium-239 (halveringstid - 56 timmar). Liknande kedja gör det möjligt att samla plutonium i kärnreaktorer. Hastigheten för uppträdandet av det erforderliga antalet överskrider de naturliga miljarder gånger.

Ansökan i Energi

Det talas mycket om bristerna i kärnkraft och "främlingskap" av mänskligheten som nästan varje öppning används för att döda sin egen sort. Öppnande av plutonium-239, som har förmåga att delta i den nukleära kedjereaktionen tillåts att använda det som en lugn energikälla. Uran-235 är en analog av plutonium som finns i världen är extremt sällsynt, väljer du den i uranmalmen är mycket svårare än att få plutonium.

Age of the Earth

Radioisotopanalys av isotoper av radioaktiva grundämnen ger en mer exakt uppfattning om livstiden för ett speciellt prov.

Använda omvandlingen kedjan "av uran - torium", som finns i jordskorpan, gör det möjligt att bestämma åldern på vår planet. Den procentuella andelen av dessa element i genomsnitt hela skorpan ligger bakom denna metod. Enligt de senaste uppgifterna är 4,6 miljarder år gammal ålder av jorden.