Что такое период полураспада

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА

Смотреть что такое «ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА» в других словарях:

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА — промежуток времени, в течение к рого исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. При наличии N0 радиоактивных ядер в момент времени t=0 их число N убывает во времени по закону: N=N0e lt, где l постоянная радиоактивного распада … Физическая энциклопедия

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА — время, за которое разлагается половина исходного радиоактивного материала или пестицида. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА — промежуток времени T1/2, в течение которого количество нестабильных ядер уменьшается вдвое. T1/2 = 0,693/λ = 0,693·τ, где λ постоянная радиоактивного распада; τ среднее время жизни радиоактивного ядра. См. также Радиоактивность … Российская энциклопедия по охране труда

период полураспада — Время, в течение которого активность радиоактивного источника спадает до половинного значения. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.]… … Справочник технического переводчика

Период полураспада — квантовомеханической системы (частицы, ядра, атома, энергетического уровня и т. д.) время T½, в течение которого система распадается с вероятностью 1/2. Если рассматривается ансамбль независимых частиц, то в течение одного периода … Википедия

период полураспада — радионуклида (Т1/2), промежуток времени, за который число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. * * * ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА радионуклида (T1/2), промежуток времени, за который первоначальное число радиоактивных атомов… … Энциклопедический словарь

период полураспада — pusėjimo trukmė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. half life; half life period; half value time vok. Halbwertszeit, f; Rückenhalbwertsdauer, f; Rückenhalbwertzeit, f rus. время полураспада, n; время полуспада, n; период полураспада, m… … Fizikos terminų žodynas

период полураспада — skilimo pusėjimo trukmė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. decay half time; decay period vok. Halbwertszeit des radioaktiven Zerfalls, f rus. время полураспада, m; период полураспада, m pranc. période de demi vie, f; période de… … Fizikos terminų žodynas

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА — (Т0,5) период распада в почве и др. средах. Чаще всего данное значение характеризует потерю веществом пестицидных свойств на 50% … Пестициды и регуляторы роста растений

период полураспада — pusėjimo trukmė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vidutinis laiko tarpas, per kurį skyla pusė visų radioaktyviojo nuklido bandinio atomų. atitikmenys: angl. half life; half life period; half value time vok. Halbperiode,… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Источник

Период полураспада

Пери́од полураспа́да квантовомеханической системы (частицы, ядра, атома, энергетического уровня и т. д.) — время T_½, в течение которого система распадается с вероятностью 1/2. Если рассматривается ансамбль независимых частиц, то в течение одного периода полураспада количество выживших частиц уменьшится в среднем в 2 раза. Термин применим только к экспоненциально распадающимся системам.

Не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, взятые в начальный момент. Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2T_½ останется четверть от начального числа частиц, за 3T_½ — одна восьмая и т. д. Вообще, доля выживших частиц (или, точнее, вероятность выживания p для данной частицы) зависит от времени t следующим образом:

.

Период полураспада, среднее время жизни и константа распада связаны следующими соотношениями, полученными из закона радиоактивного распада:

.

Поскольку , период полураспада примерно на 30,7 % короче, чем среднее время жизни.

Содержание

Пример

Если обозначить для данного момента времени число ядер способных к радиоактивному превращению через N, а промежуток времени через t₂ — t₁, где t₁ и t₂ — достаточно близкие моменты времени (t₁ 9 и 1,389·10 10 лет. Легко подсчитать число атомов урана-238, испытывающих превращение в данном количестве урана, например, в одном килограмме в течение одной секунды. Количество любого элемента в граммах, численно равное атомному весу, содержит, как известно, 6,02·10 23 атомов. Поэтому согласно приведённой выше формуле n = KN(t₂ — t₁) найдём число атомов урана, распадающихся в одном килограмме в одну секунду, имея ввиду, что в году 365*24*60*60 секунд,

.

Вычисления приводят к тому, что в одном килограмме урана в течение одной секунды распадается двенадцать миллионов атомов. Несмотря на такое огромное число, всё же скорость превращения ничтожно мала. Действительно, в секунду распадается следующая часть урана:

.

Таким образом, из наличного количества урана в одну секунду распадается его доля, равная

.

Обращаясь опять к основному закону радиоактивного распада KN(t₂ — t₁), то есть к тому факту, что из наличного числа атомных ядер в единицу времени распадается всего одна и та же их доля и, имея к тому же ввиду полную независимость атомных ядер в каком-либо веществе друг от друга, можно сказать, что этот закон является статистическим в том смысле, что он не указывает какие именно атомные ядра подвергнутся распаду в данный отрезок времени, а лишь говорит об их числе. Несомненно, этот закон сохраняет силу лишь для того случая, когда наличное число ядер очень велико. Некоторые из атомных ядер распадутся в ближайший момент, в то время как другие ядра будут претерпевать превращения значительно позднее, поэтому когда наличное число радиоактивных атомных ядер сравнительно невелико, закон радиоактивного распада может и не выполняться во всей строгости.

Пример 2

Образец содержит 10 г изотопа плутония Pu-239 с периодом полураспада 24 400 лет. Сколько атомов плутония распадается ежесекундно?

Мы вычислили мгновенную скорость распада. Количество распавшихся атомов вычислим по формуле

Последняя формула действительна только тогда, когда рассматриваемый период времени (в данном случае — 1 секунда) значительно меньше, чем период полураспада. Когда рассматриваемый период времени сравним с периодом полураспада, следует пользоваться формулой

Эта формула пригодна в любом случае, однако для малых периодов времени требует вычислений с очень большой точностью. Для данной задачи:

Парциальный период полураспада

Если система с периодом полураспада T_1/2 может распадаться по нескольким каналам, для каждого из них можно определить парциальный период полураспада. Пусть вероятность распада по i-му каналу (коэффициент ветвления) равна p_i. Тогда парциальный период полураспада по i-му каналу равен

.

Парциальный имеет смысл периода полураспада, который был бы у данной системы, если «выключить» все каналы распада, кроме i-го. Так как по определению , то для любого канала распада.

Стабильность периода полураспада

Во всех наблюдавшихся случаях (кроме некоторых изотопов, распадающихся путём электронного захвата) период полураспада был постоянным (отдельные сообщения об изменении периода были вызваны недостаточной точностью эксперимента, в частности, неполной очисткой от высокоактивных изотопов). В связи с этим период полураспада считается неизменным. На этом основании строится определение абсолютного геологического возраста горных пород, а также радиоуглеродный метод определения возраста биологических останков.

Предположение об изменяемости периода полураспада используется креационистами, а также представителями т. н. «альтернативной науки» для опровержения научной датировки горных пород, остатков живых существ и исторических находок, с целью дальнейшего опровержения научных теорий, построенных с использованием такой датировки. (См., например, статьи Креационизм, Научный креационизм, Критика эволюционизма, Туринская плащаница).

Вариабельность постоянной распада для электронного захвата наблюдалась в эксперименте, но она лежит в пределах процента во всём доступном в лаборатории диапазоне давлений и температур. Период полураспада в этом случае изменяется в связи с некоторой (довольно слабой) зависимостью плотности волновой функции орбитальных электронов в окрестности ядра от давления и температуры. Существенные изменения постоянной распада наблюдались также для сильно ионизованных атомов (так, в предельном случае полностью ионизованного ядра электронный захват может происходить только при взаимодействии ядра со свободными электронами плазмы; кроме того, распад, разрешённый для нейтральных атомов, в некоторых случаях для сильно ионизованных атомов может быть запрещён кинематически). Все эти варианты изменения постоянных распада, очевидно, не могут быть привлечены для «опровержения» радиохронологических датировок, поскольку погрешность самого радиохронометрического метода для большинства изотопов-хронометров составляет более процента, а высокоионизованные атомы в природных объектах на Земле не могут существовать сколько-нибудь длительное время.

Поиск возможных вариаций периодов полураспада радиоактивных изотопов, как в настоящее время, так и в течение миллиардов лет, интересен в связи с гипотезой о вариациях значений фундаментальных констант в физике (постоянной тонкой структуры, константы Ферми и т. д.). Однако тщательные измерения пока не принесли результата — в пределах погрешности эксперимента изменения периодов полураспада не были найдены. Так, было показано, что за 4,6 млрд лет константа α-распада самария-147 изменилась не более чем на 0,75 %, а для β-распада рения-187 изменение за это же время не превышает 0,5 % [2] ; в обоих случаях результаты совместимы с отсутствием таких изменений вообще.

Источник

Что вы знаете про полураспад?

Что такое полураспад?

Наша команда считает, что радиация является не таким уж опасным явлением, если понимать, что это такое. Как говорили опытные дозиметристы с огромным багажом знаний за плечами, бояться радиацию не нужно. Ее нужно понимать. Это утверждение является абсолютно верным!

Каждое утро, по дороге в Чернобыльскую зону наши опытные гиды проводят инструктаж для наших туристов, суть которого заключается в том, чтобы донести правильную информацию, поломать стереотипы и развеять глупые мифы про сжигание одежды после тура. Одним из нескольких важных блоков информации как раз является блок про нормы радиационной безопасности. В этом блоке правил часто фигурирует такой термин как «полураспад». Как раз сегодня мы и поговорим в нашей статье о таком явлении и попытаемся простым и человеческим языком объяснить вам, наши дорогие читатели что это такое.

Количество ядер в радиоактивных элементах имеют свойство распадаться со временем. Термин «период полураспада» это ничто иное как временной промежуток, за который количество ядер радиоактивного элемента сократится вдвое.

Образующиеся при радиоактивном распаде ядра, в свою очередь, также могут быть радиоактивными. Так, например, радиоактивный Радон-222 обязан своим происхождением радиоактивному Урану-238.
Иногда встречаются утверждения, что радиоактивные отходы в хранилищах полностью распадутся за 300 лет. Это не так. Просто это время составит примерно 10 периодов полураспада цезия-137, одного из самых распространенных техногенных радионуклидов, и за 300 лет его радиоактивность в отходах снизится почти в 1000 раз, но, к сожалению, не исчезнет.

Источник

Период полураспада

Резюме

Различные научные контексты

В биологии и фармакологии

В фармакологии период полураспада означает время, необходимое для снижения концентрации вещества, содержащегося в биологической системе, до половины от исходного значения (например, концентрации лекарственного средства в плазме крови ).

Этот параметр незначительно варьируется от одного человека к другому, в зависимости от процесса выведения и относительного функционирования индивидуума.

На практике считается, что лекарство перестает оказывать фармакологический эффект после пяти-семи периодов полураспада.

В химии

Разница между периодом полураспада и полуреакцией

В простом случае, например, для реакции по уравнению A → P, приведенное выше определение времени полужизни полностью применимо к времени полураспада. С другой стороны, в общем случае это определение неверно, как показывают следующие два примера:

ИЮПАК дает следующее определение

Случай реакций 1-го порядка

Если реакции порядка 1 интересны, потому что половина времени реакции не зависит от начальных условий. Закон скорости (для уравнения A → P) имеет вид

Время полуреакции τ _1/2 = ln (2) / k

Тот факт, что время полуреакции не зависит от начальной концентрации, характерен для порядка 1.

Случай других реакций

Все реакции, которые не относятся к порядку 1, имеют время полупериода, которое зависит от начальной концентрации.

Время полуреакции в случае кинетики порядка 2, закон скорости которой имеет вид

скорость реакции = k [A] 2

время полуреакции τ _1/2 = [A] ₀ / k

Время полуреакции в случае кинетики порядка 0, закон скорости которой имеет вид

скорость реакции = k

время полуреакции τ _1/2 = [A] ₀ / 2k

Случай разложения

В физике

Период полураспада согласно статистическому закону

Случай экспоненциального убывания

t + \ mathrm t]) = \ lambda \, \ mathrm t>

t + \ mathrm t [\,) = \ lambda \, \ mathrm t>

Это также описывает системы, демонстрирующие постоянную мгновенную интенсивность отказов, то есть отказы без юношеской слабости, износа или эффекта памяти, такие как электронные компоненты.

Решение этого дифференциального уравнения показывает убывающую экспоненциальную функцию :

Период полураспада (отмечен ) определяется как момент, когда мы имеем: т 1 / 2 <\ displaystyle t_ <1>>

НЕТ ( т 1 / 2 ) знак равно 1 2 НЕТ 0 <\ Displaystyle N (t_ <1>) = <1 \ более 2>N_ <0>>

п р о б ( Т ⩽ т 1 / 2 ) знак равно п р о б ( Т ⩾ т 1 / 2 ) знак равно 1 2 <\ displaystyle Prob (T \; \ leqslant \; t_ <1>) = Prob (T \; \ geqslant \; t_ <1>) = <1 \ over 2>>

Общий случай

Не все системы подчиняются экспоненциальному закону. В частности, мгновенная интенсивность отказов не имеет причин быть однородной:

Во всех случаях период полураспада t _1/2 остается равным медиане.

Источник

Период полураспада

Таблица: «Полупериод распада отдельных изотопов»

Определение периода полураспада выполнено экспериментально. В ходе лабораторных исследований многократно проводится измерение активности. Поскольку лабораторные образцы минимальных размеров (безопасность исследователя превыше всего), эксперимент проводится с различным интервалом времени, многократно повторяясь. В его основу положена закономерность изменения активности веществ.

С целью определения периода полураспада производится измерение активности данного образца в определенные промежутки времени. С учетом того, что данный параметр связан с количеством распавшихся атомов, используя закон радиоактивного распада, определяют период полураспада.

Примечания

Цепочки радиоактивного превращения

Исследования радиоактивности проводились в лабораторных условиях. Удивительная способность радиоактивных элементов сохранять активность в течение часов, суток и даже лет не могла не вызывать удивления у физиков начала ХХ столетия. Исследования, к примеру, тория, сопровождались неожиданным результатом: в закрытой ампуле активность его была значительной. При малейшем дуновении она падала. Вывод оказался прост: превращение тория сопровождается выделением радона (газ). Все элементы в процессе радиоактивности превращаются в совершенно иное вещество, отличающееся и физическими, и химическими свойствами. Это вещество, в свою очередь, также нестабильно. В настоящее время известно три ряда аналогичных превращений.

Знания о подобных превращениях крайне важны при определении времени недоступности зон, зараженных в процессе атомных и ядерных исследований или катастроф. Период полураспада плутония — в зависимости от его изотопа — лежит в интервале от 86 лет (Pu 238) до 80 млн лет (Pu 244). Концентрация каждого изотопа дает представление о периоде обеззараживания территории.

Временной интервал в радиоактивности

Момент развала частицы невозможно установить для данного конкретного атома. Для него это скорее «несчастный случай», нежели закономерность. Выделение энергии, характеризующее этот процесс, определяют как активность образца.

Замечено, что она с течением времени меняется. Хотя отдельные элементы демонстрируют удивительное постоянство степени излучения, существуют вещества, активность которых уменьшается в несколько раз за достаточно короткий промежуток времени. Удивительное разнообразие! Возможно ли найти закономерность в этих процессах?

Установлено, что существует время, в течение которого ровно половина атомов данного образца претерпевает распад. Этот интервал времени получил название «период полураспада». В чем смысл введения этого понятия?

Вводим характеристики радиоактивности

Данный процесс – самопроизвольное превращение атома изотопа элемента в иной изотоп с одновременным выделением элементарных частиц (электронов, ядер атомов гелия). Превращение атомов оказалось самопроизвольным, не требующим поглощения энергии извне. Основной величиной, характеризующей процесс выделения энергии в ходе радиоактивного распада, называют активность.

СИ (Системе

А=λN, где λ- постоянная распада, N – число активных атомов в образце.

Выделяют α, β, γ-распады. Соответствующие уравнения называют правилами смещения:

превращение атомного ядра Х в ядро Y с выделением ядра атома гелия

превращение атомного ядра Х в ядро Y с выделением электрона

не сопровождается изменением ядра, энергия выделяется в виде электромагнитной волны

Примеры расчётов

Пример 1

Если рассматривать достаточно близкие моменты времени t1<\displaystyle t_<1>> и t2<\displaystyle t_<2>>, то число ядер, распавшихся за этот промежуток времени t2−t1≪λ<\displaystyle t_<2>-t_<1>\ll \lambda >, можно приближённо записать как ΔN≈λN(t2−t1)<\displaystyle \Delta N\approx \lambda N_<0>(t_<2>-t_<1>)>.

С её помощью легко оценить число атомов урана-238, имеющего период полураспада T12=4,498⋅109<\displaystyle T_<1>=4,498\cdot 10^<9>> лет, испытывающих превращение в данном количестве урана, например, в одном килограмме в течение одной секунды. Имея в виду, что количество любого элемента в граммах, численно равное атомному весу, содержит, как известно, 6,02⋅1023 атомов, а в году 365⋅24⋅60⋅60 <\displaystyle 365\cdot 24\cdot 60\cdot 60>секунд, можно получить, что

Вычисления приводят к тому, что в одном килограмме урана в течение одной секунды распадается двенадцать миллионов атомов. Несмотря на такое огромное число, всё же скорость превращения ничтожно мала. Действительно, в секунду из наличного количества урана распадается его доля, равная

Пример 2

Образец содержит 10 г изотопа плутония Pu-239 с периодом полураспада 24 400 лет. Сколько атомов плутония распадается ежесекундно?

Поскольку рассматриваемое время (1 с) намного меньше периода полураспада, можно применить ту же, что и в предыдущем примере, приближённую формулу:

Когда рассматриваемый период времени сравним с периодом полураспада, следует пользоваться точной формулой

Она пригодна в любом случае, однако для малых периодов времени требует вычислений с очень большой точностью. Так, для данной задачи:

Примечания

Определение и основные соотношения

Зависимость числа выживших частиц от времени при экспоненциальном распаде

Понятие периода полураспада применяется как к испытывающим распад элементарным частицам, так и к радиоактивным ядрам. Поскольку событие распада имеет квантовую вероятностную природу, то если рассматривать одну структурную единицу материи (частицу, атом радиоактивного изотопа), можно говорить о периоде полураспада как промежутке времени, по истечении которого средняя вероятность распада рассматриваемой частицы будет равна 1/2.

Если же рассматривать экспоненциально распадающиеся системы частиц, то периодом полураспада T12<\displaystyle T_<1>> будет называться время, в течение которого распадается в среднем половина радиоактивных ядер. Согласно закону радиоактивного распада, число нераспавшихся атомов в момент времени t <\displaystyle t>связано с начальным (в момент t=<\displaystyle t=0>) числом атомов N<\displaystyle N_<0>> соотношением

то есть период полураспада примерно на 30,7 % короче, чем среднее время жизни. Например, для свободного нейтрона T12<\displaystyle T_<1>> = 10,3 минуты, а τ <\displaystyle \tau >= 14,9 минуты.

Не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, взятые в начальный момент. Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2T12<\displaystyle 2T_<1>> останется четверть от начального числа частиц, за 3T12<\displaystyle 3T_<1>> — одна восьмая и т. д.. При этом для каждой конкретной отдельной частицы по прошествии времени T12<\displaystyle T_<1>> ожидаемая средняя продолжительность жизни (соответственно, и вероятность распада, и период полураспада) не изменится — этот контринтуитивный факт является следствием квантовой природы явления распада

Парциальный период полураспада

Если система с периодом полураспада T12<\displaystyle T_<1>> может распадаться по нескольким каналам, для каждого из них можно определить парциальный период полураспада. Пусть вероятность распада по i-му каналу (коэффициент ветвления) равна pi<\displaystyle p_>. Тогда парциальный период полураспада по i-му каналу равен

Парциальный T12(i)<\displaystyle T_<1>^<(i)>> имеет смысл периода полураспада, который был бы у данной системы, если «выключить» все каналы распада, кроме i-го. Так как по определению pi≤1<\displaystyle p_\leq 1>, то T12(i)≥T12<\displaystyle T_<1>^<(i)>\geq T_<1>> для любого канала распада.

Вероятностный характер

Моделирование множества идентичных атомов, подвергающихся радиоактивному распаду, начиная с 4 атомов в коробке (слева) или 400 (справа). Число вверху показывает, сколько периодов полураспада прошло

Обратите внимание на следствие закона больших чисел : чем больше атомов, тем общий распад более регулярный и более предсказуемый.

Период полураспада обычно описывает распад дискретных объектов, таких как радиоактивные атомы. В этом случае нельзя использовать определение, которое гласит, что «период полураспада — это время, необходимое для распада ровно половины объектов». Например, если есть только один радиоактивный атом, а его период полураспада составляет одну секунду, то через одну секунду не останется «половины атома».

Вместо этого период полураспада определяется с точки зрения вероятности : «Период полураспада — это время, необходимое для разложения ровно половины объектов в среднем ». Другими словами, вероятность распада радиоактивного атома в период полураспада составляет 50%.

Например, изображение справа представляет собой симуляцию множества идентичных атомов, подвергающихся радиоактивному распаду

Стабильность периода полураспада

Во всех наблюдавшихся случаях (кроме некоторых изотопов, распадающихся путём электронного захвата) период полураспада был постоянным (отдельные сообщения об изменении периода были вызваны недостаточной точностью эксперимента, в частности, неполной очисткой от высокоактивных изотопов). В связи с этим период полураспада считается неизменным. На этом основании строится определение абсолютного геологического возраста горных пород, а также радиоуглеродный метод определения возраста биологических останков: зная концентрацию радиоизотопа в настоящее время и в прошлом, можно рассчитать, сколько точно времени прошло с тех пор.

Предположение об изменяемости периода полураспада используется креационистами, а также представителями т. н. «альтернативной науки» для опровержения научной датировки горных пород, остатков живых существ и исторических находок, с целью дальнейшего опровержения научных теорий, построенных с использованием такой датировки. (См., например, статьи Креационизм, Научный креационизм, Критика эволюционизма, Туринская плащаница).

Вариабельность постоянной распада для электронного захвата наблюдалась в эксперименте, но она лежит в пределах процента во всём доступном в лаборатории диапазоне давлений и температур. Период полураспада в этом случае изменяется в связи с некоторой (довольно слабой) зависимостью плотности волновой функции орбитальных электронов в окрестности ядра от давления и температуры. Существенные изменения постоянной распада наблюдались также для сильно ионизованных атомов (так, в предельном случае полностью ионизованного ядра электронный захват может происходить только при взаимодействии ядра со свободными электронами плазмы; кроме того, распад, разрешённый для нейтральных атомов, в некоторых случаях для сильно ионизованных атомов может быть запрещён кинематически). Все эти варианты изменения постоянных распада, очевидно, не могут быть привлечены для «опровержения» радиохронологических датировок, поскольку погрешность самого радиохронометрического метода для большинства изотопов-хронометров составляет более процента, а высокоионизованные атомы в природных объектах на Земле не могут существовать сколько-нибудь длительное время.

Поиск возможных вариаций периодов полураспада радиоактивных изотопов, как в настоящее время, так и в течение миллиардов лет, интересен в связи с гипотезой о вариациях значений фундаментальных констант в физике (постоянной тонкой структуры, константы Ферми и т. д.). Однако тщательные измерения пока не принесли результата — в пределах погрешности эксперимента изменения периодов полураспада не были найдены. Так, было показано, что за 4,6 млрд лет константа α-распада самария-147 изменилась не более чем на 0,75 %, а для β-распада рения-187 изменение за это же время не превышает 0,5 %; в обоих случаях результаты совместимы с отсутствием таких изменений вообще.

Стабильность периода полураспада

Во всех наблюдавшихся случаях (кроме некоторых изотопов, распадающихся путём электронного захвата) период полураспада был постоянным (отдельные сообщения об изменении периода были вызваны недостаточной точностью эксперимента, в частности, неполной очисткой от высокоактивных изотопов). В связи с этим период полураспада считается неизменным. На этом основании строится определение абсолютного геологического возраста горных пород, а также радиоуглеродный метод определения возраста биологических останков: зная концентрацию радиоизотопа в настоящее время и в прошлом, можно рассчитать, сколько точно времени прошло с тех пор.

Предположение об изменяемости периода полураспада используется креационистами, а также представителями т. н. «альтернативной науки» для опровержения научной датировки горных пород, остатков живых существ и исторических находок, с целью дальнейшего опровержения научных теорий, построенных с использованием такой датировки. (См., например, статьи Креационизм, Научный креационизм, Критика эволюционизма, Туринская плащаница).

Вариабельность постоянной распада для электронного захвата наблюдалась в эксперименте, но она лежит в пределах процента во всём доступном в лаборатории диапазоне давлений и температур. Период полураспада в этом случае изменяется в связи с некоторой (довольно слабой) зависимостью плотности волновой функции орбитальных электронов в окрестности ядра от давления и температуры. Существенные изменения постоянной распада наблюдались также для сильно ионизованных атомов (так, в предельном случае полностью ионизованного ядра электронный захват может происходить только при взаимодействии ядра со свободными электронами плазмы; кроме того, распад, разрешённый для нейтральных атомов, в некоторых случаях для сильно ионизованных атомов может быть запрещён кинематически). Все эти варианты изменения постоянных распада, очевидно, не могут быть привлечены для «опровержения» радиохронологических датировок, поскольку погрешность самого радиохронометрического метода для большинства изотопов-хронометров составляет более процента, а высокоионизованные атомы в природных объектах на Земле не могут существовать сколько-нибудь длительное время.

Поиск возможных вариаций периодов полураспада радиоактивных изотопов, как в настоящее время, так и в течение миллиардов лет, интересен в связи с гипотезой о вариациях значений фундаментальных констант в физике (постоянной тонкой структуры, константы Ферми и т. д.). Однако тщательные измерения пока не принесли результата — в пределах погрешности эксперимента изменения периодов полураспада не были найдены. Так, было показано, что за 4,6 млрд лет константа α-распада самария-147 изменилась не более чем на 0,75 %, а для β-распада рения-187 изменение за это же время не превышает 0,5 %; в обоих случаях результаты совместимы с отсутствием таких изменений вообще.

Самый дорогой металл

Известно, что в наше время есть металлы значительно более дорогие, чем золото, серебро и платина. К ним относится и плутоний. Интересно, что в природе созданный в процессе эволюции плутоний не встречается. Большинство элементов получены в лабораторных условиях. Эксплуатация плутония-239 в ядерных реакторах дала возможность ему стать чрезвычайно популярным в наши дни. Получение достаточного для использования в реакторах количества данного изотопа делает его практически бесценным.

Плутоний-239 получается в естественных условиях как следствие цепочки превращений урана-239 в нептуний-239 (период полураспада — 56 часов). Аналогичная цепочка позволяет накопить плутоний в ядерных реакторах. Скорость появления необходимого количества превосходит естественную в миллиарды раз.

Закон радиоактивного распада (ЗРР)

Период полураспада положен в основу ЗРР. Закономерность выведена Фредерико Содди и Эрнестом Резерфордом на основе результатов экспериментальных исследований в 1903 году. Удивительно, что многократные измерения, выполненные при помощи приборов, далеких от совершенства, в условиях начала ХХ столетия, привели к точному и обоснованному результату. Он стал основой теории радиоактивности. Выведем математическую запись закона радиоактивного распада.

— Пусть N– количество активных атомов в данный момент времени. По истечении интервала времени t нераспавшимися останутся N элементов.

— К моменту времени, равному периоду полураспада, останется ровно половина активных элементов: N=N/2.

— По прошествии еще одного периода полураспада в образце остаются: N=N/4=N/22 активных атомов.

— По прошествии времени, равному еще одному периоду полураспада, образец сохранит только: N=N/8=N/23.

— К моменту времени, когда пройдет n периодов полураспада, в образце останется N=N/2n активных частиц. В этом выражении n=t/T½: отношение времени исследования к периоду полураспада.

— ЗРР имеет несколько иное математическое выражение, более удобное в решении задач: N=N2-t/T½_.

Закономерность позволяет определить, помимо периода полураспада, число атомов активного изотопа, нераспавшихся в данный момент времени. Зная число атомов образца в начале наблюдения, через некоторое время можно определить время жизни данного препарата.

Определить период полураспада формула закона радиоактивного распада помогает лишь при наличии определенных параметров: числа активных изотопов в образце, что узнать достаточно сложно.

Радиоактивность

В природе встречаются как стабильные, так и не стабильные изотопы. Ядра некоторых нуклидов нестабильны, в них число нейтронов превосходит число протонов. Ядра таких нестабильных изотопов обладают способностью самопроизвольно превращаться в другие ядра или переходить из возбужденного состояния в основное. Этот процесс называется радиоактивным распадом. Он может сопровождаться испусканием альфа-частиц, бета-частиц, нейтронов или излучением гамма-квантов. Нуклиды (изотопы), способные к радиоактивному распаду, называется радионуклидами (радиоизотопами).

Явление радиоактивного распада — самопроизвольное (спонтанное) превращение атомных ядер некоторых элементов (например, урана, тория, радия и др.) в ядра атомов других элементов с испусканием α (альфа) — частиц, или β (бета) — частиц, сопровождающееся γ (гамма) — излучением называется радиоактивностью.☛ α — частицы представляют собой ядра атома гелия,
☛ β — частицы — электроны или позитроны (антиэлектроны),
☛ γ — лучи — это коротковолновое электромагнитное излучение, обладающее в большей степени корпускулярными, чем волновыми свойствами.

Радиоактивные изотопы характеризуются величиной активности, видом излучения, энергией излучаемых частиц и периодом полураспада.

Активность

Радиоактивное вещество характеризуется, среди других свойств, своей активностью, то есть количеством распадов в единицу времени, или числом ядер, которые распадаются в секунду.

Значение величины радиоактивности, выраженной в Беккерелях, может быть очень большим, так как даже в маленьком количестве вещества имеется огромное количество атомов. Страшно прозвучит сообщение, что в центре Вильнюса увеличилась радиоактивность до 20 миллионов Беккерель. Но так ли это страшно? Все, что требуется для такого «увеличения активности» — это 5000 зрителей, выходящих со стадиона. Поскольку каждое человеческое тело содержит приблизительно 4000 Беккерель естественного (природного) радиоактивного вещества калий-40.

Период Полураспада

Период полураспада — мера скорости распада вещества — время, которое требуется для того, чтобы радиоактивность вещества уменьшилась наполовину, или, время, которое требуется для того, чтобы распалась половина ядер.

После одного периода полураспада активность будет уменьшена в два раза от первоначальной, после двух периодов полураспада — в 4 раза и так далее.

Рисунок 1.8 Период полураспада разных элементов

Периоды полураспада различных радиоактивных изотопов имеют значение от долей секунды до милионов лет.

Следует также отметить, что скорость радиоактивного распада для каждого радионуклида — строго определенной величина, и никакие температурные воздействия, давление или катализаторы не в силах ее изменить. Чем короче период полураспада, тем быстрее идет распад. В зависимости от скорости распада радионуклиды делятся (в достаточной мере условно) на:- короткоживущие, период полураспада которых исчисляется секундами, минутами, часами, днями, неделями;
— среднеживущие (месяцы, годы);
— долгоживущие, чьи периоды полураспада составляют от десятков до миллиардов лет.

Самый короткоживущий из известных нуклидов — 5Li: время его жизни составляет 4,4-10 с. За это время даже свет пройдет всего 10-11 см, т.е. расстояние, лишь в несколько десятков раз превышающее диаметр ядра и значительно меньшее размера любого атома. Самый долгоживущий — 128Te (содержится в природном теллуре в количестве 31,7%) с периодом полураспада восемь септиллионов (8-1024) лет — его даже трудно назвать радиоактивным; для сравнения — нашей Вселенной по оценкам «всего» 1010 лет.

Время жизни атома

Существование атома в его первоначальном состоянии может длиться секунду, а может и миллионы лет. Говорить о времени жизни данной частицы также не приходится. Введя величину, равную среднему значению времени жизни атомов, можно вести разговор о существовании атомов радиоактивного изотопа, последствиях радиоактивного распада. Период полураспада ядра атома зависит от свойств данного атома и не зависит от других величин.

Можно ли решить проблему: как найти период полураспада, зная среднее время жизни?

Определить период полураспада формула связи среднего времени жизни атома и постоянной распада помогает не меньше.

В этой записи τ – среднее время жизни, λ – постоянная распада.

Источник