Poluživot radioaktivnih elemenata - što je to i kako se određuje? Poluvijek. Formula

Povijest proučavanja radioaktivnosti započela je 1. ožujka 1896., kada je bio poznati francuski znanstvenik Henri Becquerel

Upoznajte se s karakteristikama radioaktivnosti

Ovaj proces je spontana transformacija izotopa atomskog elementa u drugi izotop s istodobnim odjeljivanjem elementarnih čestica (elektrona, jezgri atoma helija). Transformacija atoma pokazala se spontanom, a ne zahtijeva apsorpciju energije izvana. Glavna količina koja karakterizira proces oslobađanja energije u tijeku radioaktivno raspadanje, aktivnost.

Aktivnost radioaktivnog uzorka je vjerojatan broj propadanja određenog uzorka po jedinici vremena. U SI (System međunarodna) mjerna jedinica naziva becquerel (Bq). U 1 becquerelu se prihvaća aktivnost takvog uzorka, u kojem se javlja prosjek od 1 propadanja u sekundi.

A = lambda-N, gdje lambda je konstanta propadanja, N je broj aktivnih atoma u uzorku.

lučiti alfa, beta-, gama - propada. Odgovarajuće jednadžbe nazivaju se pravilima pomicanja:

Određivanje poluživota provedeno je eksperimentalno. Tijekom laboratorijskih ispitivanja, aktivnost se opetovano mjeri. Budući da laboratorijski uzorci minimalnih dimenzija (sigurnost istraživača iznad svega), eksperiment se provodi u različitim vremenskim intervalima, ponavljajući ponavljanje. Temelji se na pravilnosti promjena u djelatnosti tvari.

Da bi se odredio poluživot, aktivnost određenog uzorka mjeri se u određenim intervalima. S obzirom da se ovaj parametar odnosi na broj atoma koji propadaju, primjenjujući zakon o radioaktivnom raspadanju, odrediti poluživot.

Primjer određivanja izotopa

Neka broj aktivnih elemenata ispitivanog izotopa u danom trenutku vremena bude N, vremenski interval tijekom kojeg se t₂- t₁, gdje su trenutci početka i kraja promatranja vrlo blizu. Pretpostavimo da je n broj atoma koji su propadali u određeni vremenski interval, tada je n = KN (t₂- t₁).

U ovom izrazu K = 0.693 / Tfrac12- je koeficijent proporcionalnosti, nazvan konstanta propadanja. Tfrac12- je poluživot izotopa.

Uzimamo vremenski interval za jedinicu. U ovom slučaju, K = n / N pokazuje udio prisutnih jezgri izotopa, propadanja po jedinici vremena.

Poznavajući vrijednost konstantne propadanja, možemo odrediti i poluživot raspadanja: Tfrac12- = 0.693 / K.

Zato slijedi da za jedinicu vremena nema određenog broja aktivnih atoma, ali određeni dio onih koji se raspadaju.

Zakon o radioaktivnom raspadanju (RDF)

Poluživot je osnova ZRD-a. Redovitost su zaključili Frederico Soddy i Ernest Rutherford na temelju rezultata eksperimentalnih studija 1903. godine. Iznenađujuće, višestruka mjerenja izvedena s instrumentima daleko od savršenog u ranom dvadesetom stoljeću dovela su do točnog i valjanog rezultata. Postao je temelj teorije radioaktivnosti. Neka nas izvedemo matematičku notaciju za zakon radioaktivnog raspadanja.

- Pretpostavimo da je N₀ - broj aktivnih atoma u određenom vremenu. Nakon što je interval t istekao, N elementi ostaju neprekinuti.

- U vremenu jednakom poluvremenu, točno polovica aktivnih elemenata ostaje: N = N₀/ 2.

- Nakon još jednog poluživota u uzorku, N = N₀/ 4 = N₀/ 2² aktivnih atoma.

- Nakon vremena jednaka još jednom poluživotu, uzorak će zadržati samo: N = N₀/ 8 = N₀/ 2³.

- Do vremena kada su polovina života nestala, N = N ostaje u uzorku₀/ 2ⁿ aktivnih čestica. U ovom izrazu, n = t / Tfrac12-: omjer vremena studiranja do poluživota.

- ZRP ima malo drugačiji matematički izraz, pogodniji za rješavanje problema: N = N₀2^{-t /Tfrac12-_.}

Pravilnost omogućuje određivanje, osim poluživota, broj atoma aktivnog izotopa koji se u određenom vremenu nisu propustio. Znajući broj atoma u uzorku na početku promatranja, nakon nekog vremena možete odrediti vijek trajanja lijeka.

Odrediti poluživot formule zakona radioaktivnog propadanja pomaže samo u prisutnosti određenih parametara: broj aktivnih izotopa u uzorku, koji je teško znati.

Posljedice zakona

Možete napisati formulu ZRR pomoću koncepata aktivnosti i mase atoma pripreme.

Aktivnost je proporcionalna broju radioaktivnih atoma: A = A₀• 2^{-t / T}. U ovoj formuli₀ - aktivnost uzorka u početnom vremenu, A - aktivnost nakon t sekundi, T - poluživot.

Masa tvari može se koristiti u pravilnosti: m = m₀• 2^{-t / T}

Tijekom svih jednako dugih vremenskih intervala, apsolutno identična frakcija radioaktivnih atoma dostupnih u ovoj pripremi se raspada.

Ograničenja primjenjivosti zakona

Zakon je u svim osjetilima statistički, određujući procese koji se odvijaju u mikrokozmosu. Jasno je da je poluživot radioaktivnih elemenata statistički. Probabilistička priroda događaja u atomskim jezgrama sugerira da se proizvoljna jezgra može srušiti u bilo kojem trenutku. Predvidite da je događaj nemoguć, možete odrediti njezinu vjerojatnost u određenom trenutku. Kao posljedica toga, poluživot nema smisla:

• za pojedinačni atom;
• za uzorak minimalne mase.

Životni vijek atoma

Postojanje atoma u izvornom stanju može trajati drugi, a možda i milijuni godina. Također nije neophodno govoriti o životu dane čestice. Uvođenje vrijednosti jednako prosječnoj vrijednosti životnog vijeka atoma, može se govoriti o postojanju atoma radioaktivnog izotopa, posljedicama radioaktivnog raspadanja. Poluživot atomske jezgre ovisi o svojstvima određenog atoma i ne ovisi o drugim količinama.

Je li moguće riješiti problem: kako pronaći poluživot, znajući prosječni životni vijek?

Utvrditi poluživot formule za odnos između prosječnog životnog vijeka atoma i konstante propadanja nije ništa manje važno.

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

U ovom unosu tau- je prosječni vijek trajanja, lambda- je konstanta propadanja.

Upotreba poluživota

Upotreba ZRP-a za određivanje dobi pojedinih uzoraka postala je široko rasprostranjena u istraživanjima kasnog dvadesetog stoljeća. Točnost određivanja doba fosilnih artefakata toliko je narasla da može dati ideju o životu tisućljeća prije Krista.

Radio-karbonna analiza fosilni organski uzorci temelje se na promjeni aktivnosti ugljika-14 (radioaktivnog izotopa ugljika) prisutnih u svim organizmima. Ona ulazi u živi organizam u procesu metabolizma i nalazi se u njemu u određenoj koncentraciji. Nakon smrti prestaje metabolizam s okolinom. Koncentracija radioaktivnog ugljika padne zbog prirodnog propadanja, aktivnost se smanjuje proporcionalno.

Ako postoji takva vrijednost kao poluvrijeme života, formula za zakon o radioaktivnom raspadanju pomaže u određivanju vremena od trenutka prestanka vitalne aktivnosti organizma.

Lanci radioaktivne transformacije

Studije radioaktivnosti provedene su u laboratorijskim uvjetima. Nevjerojatna sposobnost radioaktivnih elemenata da održavaju aktivnost satima, danima i čak godinama mogla bi, ali iznenaditi fizičare početkom dvadesetog stoljeća. Studije, na primjer, torij, bile su praćene neočekivanim rezultatom: u zatvorenoj ampuli, njegova je aktivnost bila značajna. Najmanji udarac padne. Zaključak je bio jednostavan: pretvorba torija je popraćena oslobađanjem radona (plina). Svi elementi u procesu radioaktivnosti transformiraju se u potpuno drugu supstancu koja se razlikuje u fizikalnim i kemijskim svojstvima. Ova supstanca, pak, također je nestabilna. Trenutno su poznate tri serije sličnih transformacija.

Poznavanje takvih transformacija iznimno je važno u određivanju vremena nedostupnosti zaraženih zona u procesu atomskog i nuklearnog istraživanja ili katastrofa. Poluvrijeme plutonija - ovisno o izotopu - leži u intervalu od 86 godina (Pu 238) do 80 milijuna godina (Pu 244). Koncentracija svakog izotopa daje ideju o razdoblju dezinfekcije teritorija.

Najskuplji metal

Poznato je da u našem vremenu postoje metali puno skuplji od zlata, srebra i platine. Plutonij također pripada njima. Zanimljivo je da u prirodi ne nastaje plutonij stvoren tijekom evolucije. Većina elemenata dobivena je u laboratorijskim uvjetima. Rad plutonij-239 u nuklearnim reaktorima omogućio je iznimno popularan dan. Dobivanje dovoljno tog izotopa za upotrebu u reaktorima čini gotovo neprocjenjivo.

Plutonij-239 se dobiva u prirodnim uvjetima kao posljedica lanca transformacija uranij-239 u neptunij-239 (poluživot - 56 sati). Sličan lanac dopušta akumulaciju plutonija u nuklearnim reaktorima. Brzina pojavljivanja potrebne količine premašuje prirodnu vrijednost u milijardama puta.

Primjena u energetskom inženjerstvu

Mnogo se može govoriti o nedostatcima nuklearne energije i o "neobičnostima" čovječanstva, koje gotovo sva otkrića koriste za uništavanje vlastite vrste. Otkriće plutonij-239, koje je sposobno sudjelovati u lančana nuklearna reakcija, dopustio mu da ga koristi kao izvor mira energije. Uranij-235, analogni plutoniju, iznimno je rijedak na Zemlji, kako bi ga razlikovao od rude urana mnogo teže nego dobiti plutonij.

Godina Zemlje

Radioizotopna analiza izotopa radioaktivnih elemenata daje precizniju sliku životnog vijeka određenog uzorka.

Upotreba lanca preobrazbe "uranijumijuma" koja se nalazi u zemljinoj kore omogućava određivanje doba našeg planeta. Postotak tih elemenata u prosjeku kroz cijelu zemljinu koru temelj je ove metode. Prema najnovijim podacima, Zemljina dob 4,6 milijarde godina.