זמן מחצית החיים של יסודות רדיואקטיביים - מה זה ואיך מגדירים אותו? מחצית חיים פורמולה

ההיסטוריה של חקר הרדיואקטיביות החלה 1 במארס 1896, כאשר המדען הצרפתי המפורסם אנרי Bekkerel גילה בטעות דבר מוזר ב הקרינה של מלחי אורניום. התברר כי לוח צילום, ומונח בקופסה עם מדגם העיב. זוהי התוצאה של מדינות בעלות גבוהה חודרת קרינה, אשר העשירה אורניום. מאפיין זה נמצא האלמנטים הכי הכבדים, השלים הטבלה המחזורית. הוא קיבל את השם "רדיואקטיביות".

אנחנו מציגים את המאפיינים של רדיואקטיביות

תהליך זה - איזוטופ אטום חבר ההמרה ספונטני איזוטופ שונה עם התפתחות סימולטני של חלקיקים יסודיים (אלקטרונים, גרעין אטום של הליום). אטומי מרה הופיעו באופן ספונטני, ללא צורך לספיגת אנרגיה חיצונית. הכמות העיקרית המאפיינת את שחרור האנרגיה בתהליך של התפרקות רדיואקטיבית, פעילות המכונית.

פעילות מדגם רדיואקטיבי הנקרא מספר סביר של ריקבון של המדגם ליחידת זמן. בשנת סי (מערכת היחידה בינלאומית) של מדידה זה נקרא בקרל (Bq). באחד בקרל אימצה פעילות מדגם כזה אשר מתרחשת על התפוררות 1 בממוצע לשנייה.

A = λN, שבו קבוע הדעיכה λ-, N - מספר אטומי פעיל במדגם.

α בודד, β, γ-דועך. המשוואות המקבילות נקראות כללים לקזז:

שם	מה קורה	משוואת תגובה
ריקבון α	המרה של גרעין האטום בגרעין משחררים גרעין X Y של אטום הליום	X Z A → Z-Y 2 A-4 + 4 2 הוא
β - התפוררות	המרה של גרעין האטום בגרעין X Y עם שחרורו אלקטרונים	א '→ Z + X 1 Y A + -1 E A
γ - ריקבון	לא מלווה בשינויים הגרעין, האנרגיה שמשתחררת בצורה של גל אלקטרומגנטי	X Z A → Z X A + γ

מרווח זמן רדיואקטיביות

ברגע של קריסה של חלקיקים לא ניתן להגדיר עבור אטום מסוים. מבחינתו, זה די "תאונה" ולא דפוס. בידוד של אנרגיה המאפיין את התהליך, כפי שהוגדר הפעילות של המדגם.

הוא הבחין כי זה משתנה עם הזמן. בעוד אלמנטים בודדים להפגין מידה מפתיעה של קביעות של קרינה, ישנם חומרים שפעילותם פוחתת מספר פעמים בתקופה קצרה של זמן. מגוון מדהים! האם אפשר למצוא דפוס בתהליכים אלה?

הוא קבע כי יש זמן שבמהלכו בדיוק מחצית האטומים של הדגימה עוברת ריקבון. מרווח הזמן הזה נקרא "זמן מחצית חיים". מהי המשמעות של הכנסת המושג הזה?

מהו זמן מחצית החיים?

נראה כי במשך זמן שווה לתקופה, בדיוק מחצית ההפסקות במדגם הנוכחית האטומות הפעיל. אבל האם זה אומר שבמהלך כל האטומים הפעילים להתפרק לחלוטין בשני חצאים חייהם? כלל וכלל לא. אחרי נקודה מסוימת במדגם היא מחצית יסודות רדיואקטיביים ידי אותה הכמות של אטומים הנותרים זמן מתפרק אפילו חצי, וכן הלאה. הקרינה נמשכת זמן רב, הרבה יותר גבוה מאשר מחצית החיים. לפיכך, האטומים הפעילים במדגם מאוחסנים באופן עצמאי מן הקרינה

זמן מחצית החיים - כמות אשר תלוי רק על המאפיינים של החומר. הערך מוגדר עבור איזוטופים רדיואקטיביים ידועים רבים.

טבלה: "דעיכת מחצית החיים של איזוטופים מסוימים"

שם	ייעוד	סוג של ריקבון	מחצית חיים
רַדִיוּם	88 רא 219	אלפא	0.001 שניות
מגנזיום	12 Mg 27	בטא	10 דקות
ראדון	86 Rn 222	אלפא	3.8 ימים
קובלט	27 Co 60	בטא, גמא	5.3 שנים
רַדִיוּם	88 רא 226	אלפא, גמא	1620 שנים
אורנוס	92 238 U	אלפא, גמא	4.5 מיליארד שנים

קביעת זמן מחצית החיים ביצע בניסוי. במחקרים שנערכו במעבדה מדידה פעילותם שוב ושוב. מאז דגימות מעבדה של גודל מינימאלי (חוקר אבטחה הוא מעל הכל), הניסוי מתבצע עם במרווחים שונים, חזר פעמים רבות. היא מבוססת על הסדירות של פעילות סוכני שינוי.

על מנת לקבוע את זמן מחצית החיים הוא פעילות מדודה של המדגם בזמנים קצובים. בהתחשב בכך הפרמטר הקשורים בכמות האטומים מתפורר מן החוק התפרקות רדיואקטיבית, הקובע את זמן מחצית החיים.

הגדרות דוגמא האיזוטופ

תנו מספר האלמנטים הפעילים של האיזוטופ בזמן נתון הוא שווה ל- N, את מרווח הזמן שבמהלכו תצפית הוא t ₂ - t ₁ שבו ההתחלה והסוף הוא התבוננות קרובה מספיק. תניח n כי - המספר האטומי התפורר פרק זמן נתון, אז n = KN (t ₂ - t _1).

בביטוי זה, K = 0693 / T½ - גורם מידתי, שנקרא קבוע דעיכה. T½ - מחצית החיים של איזוטופ.

תניח עבור יחידת חריץ הזמן. לפיכך K = n / N מציין את החלק היחסי של גרעיני איזוטופ מתפוררים נוכחי ליחידה זמן.

לדעת את הערך של קבוע הדעיכה יכול להיקבע ואת ריקבון מחצית חיים: T½ = 0693 / ק

מכאן נובע כי לכל יחידה זמן לא שוברת מספר מסוים של אטומים פעילים, וחלק מסוים.

החוק של התפרקות רדיואקטיבית (SPP)

מחצית משך החיים הוא spp הבסיס. תבנית נגזר פרדריק סודי וארנסט רתרפורד על בסיס תוצאות הניסוי ב 1903. זה מפתיע כי מדידות מרובות שנעשו עם מכשירים כי הם רחוקים מלהיות מושלמים מבחינת המאה עשרים, ביאת תוצאות מדויקות ותקפות. הוא הפך בסיס התיאוריה של רדיואקטיביות. אנו שואבים ערך מתמטי של חוק התפרקות רדיואקטיבית.

- תן ₀ N - מספר אטומי פעיל הזמן הפעיל. לאחר פרק זמן לא יהיה nondecomposed אלמנטים N.

- בתקופה שווה את זמן מחצית החיים נשארים וחצי בדיוק המרכיבים הפעילים: N = N _0/2.

- לאחר תקופה נוספת של חצי אחד של המדגם הם: N = N = _0/4 N _0/2 ² אטומים פעילים.

- לאחר זמן שווה מחצית חיים נוספים, מהמדגם יישמר רק: N = N = _0/8 N ^_0/2 במרץ.

- בכל פעם כאשר מארח n חצי תקופות הדגימה יישאר ₀ N = N / 2 ⁿ של החלקיקים הפעילים. בביטוי זה n = t / T½: היחס של החללית כדי מחצית החיים.

- יש spp ביטוי שונה די מתמטי אשר נוח יותר משימות: N = N ₀ 2 ^{- t / _T½.}

הדפוס מאפשר לקבוע, בנוסף זמן מחצית החיים, המספר האטום איזוטופ הפעיל nondecomposed בזמן נתון. היכולת לדעת את מספר האטומים של המדגם בתחילת התצפית, לאחר זמן מה, אתה יכול לקבוע את משך החיים של התרופה.

לקבוע את זמן מחצית החיים של נוסחת החוק התפרקות רדיואקטיבית זה עוזר רק אם פרמטרים מסוימים: מספר איזוטופים פעיל במדגם, קשה למצוא מספיק.

ההשלכות של החוק

שיא נוסחא spp יכול, באמצעות המושג של אטומי הכנה ופעילות המוניים.

הפעילות פרופורציונלית למספר אטומים הרדיואקטיביים: A = A ₀ • 2 ^{-t / ט} בנוסחה זו, A ₀ - פעילות מדגם בזמן אפס, א '- פעילות לאחר שניות t, T - זמן מחצית החיים.

משקל של החומר יכול לשמש בדפוס: m = m ₀ • 2 ^{-t / T}

במשך כל זמן קבוע שובר לחלוטין באותו היחס של אטומי רדיואקטיביים הזמינים בהכנה זו.

גבולות תחולתו של החוק

החוק מכל הבחינות הוא סטטיסטי, הגדרת תהליכים מיקרוקוסמוס. מובן כי זמן מחצית החיים של יסודות רדיואקטיביים - נתון. האופי הסתברותי של אירועי גרעין אטום עולה כי הליבה השרירותית יכולה להתמוטט בכל רגע. לחזות אירוע הוא בלתי אפשרי, אנו יכולים רק לקבוע את אמינותה בכל פעם. כתוצאה מכך, מחצית החיים לא הגיוניים:

• באטום מסוים;
• המונים מדגמים מינימאליים.

חייו של האטום

קיומה של האטום במצב המקורי שלה עשוי להימשך שני, ואולי מ'שנים. מדברים על הזמן של חלקיקי חיים הוא גם לא הכרחי. באמצעות הזנת סכום השווה לערך הממוצע של חייו של האטומים, אתה יכול לדבר על קיומם של אטומים של איזוטופ רדיואקטיבי, את ההשפעות של התפרקות רדיואקטיבית. זמן מחצית החיים של גרעין האטום תלויים את המאפיינים של האטום ואינו תלויים בכמויות אחרות.

האם אפשר לפתור את הבעיה: איך למצוא את זמן מחצית החיים, בידיעת החיים הממוצעים?

כדי לקבוע את נוסחא תקשורת מחצית החיים לכל החיים הממוצעים של האטום ואת העזרה המתמדת הריקבון, לא פחות.

_{τ = T 1/2 / LN2 = T} 1/2 / 0693 = 1 / λ.

באלבום הזה, τ - החיים הממוצעים, λ - הקבוע הדעיכה.

שימוש מחצית החיים

spp בקשה לקביעת גילו של דגימות בודדות נפוץ במחקר של סוף המאה העשרים. הדיוק של קביעת גיל חפצי מאובנים גדל, כך עשוי לספק תובנות לגבי זמן החיים של לפנה"ס.

פחמן רדיואקטיבי מאובנים דגימות אורגניות המבוסס על שינוי פעילות פחמן-14 (פחמן רדיואקטיבי) נוכח כל האורגניזמים. זה נופל לתוך גוף חי במהלך חילוף חומרים והוא כלול בו בריכוז מסוים. לאחר מותו של חילוף חומרים עם הסביבה מפסיקה. הריכוז של פחמן רדיואקטיבי נופל עקב ריקבון טבעי, פעילות מופחתת באופן יחסי.

עם ערכים כאלה, זמן מחצית החיים, את הנוסחה של חוק התפרקות רדיואקטיבית עוזר לקבוע את מועד סיום החיים של האורגניזם.

שרשרת של טרנספורמציות רדיואקטיבית

מחקרי רדיואקטיביות נערכו בתנאי מעבדה. יכולת מדהימה יסודות רדיואקטיביים להישאר פעילה במשך שעות, ימים ואפילו שנים לא יכל לבוא כהפתעה בתחילת הפיזיקאים במאה עשרים. מחקרים, למשל, תוריום, ואחריו תוצאה בלתי צפויה: בתוך אמפולה סגורה של פעילותו היה משמעותי. באותו הניחוח הקל של זה נפל. המסקנה היתה פשוטה: ההמרה של תוריום מלווה בשחרור של ראדון (גז). כל האלמנטים של רדיואקטיביות הופך חומר שונה לגמרי, ואת שבה התכונות הפיסיקליות והכימיות. חומר זה, בתורו, הוא גם לא יציב. כיום ידוע שלוש שורות של תמורות דומות.

ידיעת טרנספורמציות אלה חשובות מאוד בקביעת הזמן של אזורי נגישות המזוהמים בתהליך של מחקר הגרעיני אטומי, או אסונות. זמן מחצית החיים של פלוטוניום - תלוי איזוטופים שלה - בטווח שבין 86 s (פו 238) כדי 80 מא (פו 244). הריכוז של כל איזוטופ נותן מושג לגבי התקופה באזור הטיהור.

המתכת היקרה ביותר

זה ידוע כי בעידן המודרני קיים מתכת הרבה יותר יקר מאשר זהב, כסף ופלטינה. אלה כוללים את פלוטוניום. מעניין לציין, כי הטבע יצר את האבולוציה של פלוטוניום לא נמצא. רוב האלמנטים מתקבלים בתנאי מעבדה. מבצע של פלוטוניום-239 בכורים גרעיניים אפשר לו להיות פופולרי מאוד בימים אלה. קבלה מספיקה לשימוש בכורים של כמות האיזוטופ עושה את זה כמעט שלא יסולא בפז.

פלוטוניום- 239 מתקבל in vivo כתוצאה לתגובות שרשרת של אורניום-239 נפטוניום-239 (מחצית חיים - 56 שעות). שרשרת דומה מאפשרת לצבור פלוטוניום בכורים גרעיניים. שיעור ההתרחשות של המספר הדרוש עולה מיליארדים הטבעיים של פעמים.

יישום ב Energy

יש הרבה לדבר על החסרונות של כוח גרעיני ואת "המוזרות" של האנושות, כי כמעט כל פתיחה משמשת להרוג את בני מינם. פתיחה של פלוטוניום-239, אשר מסוגל להשתתף תגובת שרשרת הגרעינית מותר להשתמש בו כמקור אנרגיה שלו. אורניום-235 הוא אנלוגי של פלוטוניום נמצא בעולם היא נדירה ביותר, בחר אותו מתוך עפרות אורניום היא הרבה יותר קשה מאשר להגיע פלוטוניום.

גילו של כדור הארץ

ניתוח רדיואיזוטופיים של איזוטופים של יסודות רדיואקטיביים נותן מושג מדויק יותר של החיים של מדגם מסוים.

באמצעות שרשרת טרנספורמציה "של אורניום - תוריום", הכלול של קרום כדור הארץ, מאפשרת לקבוע את גילו של כדור הארץ שלנו. אחוז הרכיבים אלה ממוצעים לאורך הקרום ביסוד שיטה זו. על פי נתונים עדכניים, גילו של כדור הארץ הוא 4.6 מיליארד שנים.