Период распада атома лет

Период полураспада радиоактивных элементов — что это такое и как его определяют? Формула периода полураспада

История изучения радиоактивности началась 1 марта 1896 года, когда известный французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил странность в выбросе солей урана. Оказалось, что фотопластинки, находящиеся в одном ящике с образцом, засветились. Это было вызвано странным, очень проникающим излучением, которым обладал уран. Это свойство было обнаружено у более тяжелых элементов в конце периодической таблицы. Ему дали название «радиоактивность».

Вводим характеристики радиоактивности

Этот процесс представляет собой самопроизвольное превращение атома изотопа элемента в другой изотоп с одновременным высвобождением элементарных частиц (электронов, ядер атомов гелия). Превращение атомов оказалось самопроизвольным, не требующим поглощения энергии извне. Основная величина, характеризующая процесс выделения энергии при радиоактивном распаде, называется активностью.

Активность радиоактивного образца — это вероятное количество распадов данного образца за единицу времени. В международной системе СИ его единица измерения называется беккерель (Бк). В 1 беккереле берется активность такого образца, у которого в среднем происходит 1 распад в секунду.

А = λN, где λ — постоянная распада, N — количество активных атомов в образце.

Назначьте распады α, β, γ. Соответствующие уравнения называются правилами смещения:

превращение атомного ядра X в ядро ​​Y с выделением ядра атома гелия

превращение атомного ядра X в ядро ​​Y с выделением электрона

не сопровождается изменением сердечника, выделяется энергия в виде электромагнитной волны

Временной интервал в радиоактивности

Момент распада частицы не может быть определен для данного конкретного атома. Для него это скорее «случайность», чем закономерность. Высвобождение энергии, характеризующее этот процесс, определяется как активность образца.

Вы замечаете, что со временем он меняется. Хотя отдельные элементы демонстрируют удивительное постоянство степени радиации, существуют вещества, активность которых снижается в несколько раз за довольно короткий промежуток времени. Невероятное разнообразие! Можно ли найти закономерность в этих процессах?

Оказывается, есть время, за которое распадается ровно половина атомов в данном образце. Этот временной интервал называется «периодом полураспада». Какой смысл вводить это понятие?

Что такое период полураспада?

Кажется, что за время, равное периоду, распадается ровно половина всех активных атомов в данном образце. Но означает ли это, что за время двух периодов полураспада все активные атомы полностью распадутся? Вообще. Через определенное время половина радиоактивных элементов остается в образце, через тот же период времени другая половина оставшихся атомов распадается и так далее. В этом случае излучение сохраняется длительное время, значительно превышая период полураспада. Это означает, что активные атомы остаются в образце независимо от излучения

Период полураспада — это величина, которая зависит исключительно от свойств данного вещества. Значение количества было определено для многих известных радиоактивных изотопов.

Таблица: «Полупериод распада отдельных изотопов»

Определение периода полураспада проводилось экспериментально. В ходе лабораторных исследований активность измеряется повторно. Поскольку лабораторные образцы имеют минимальный размер (безопасность исследователя превыше всего), эксперимент проводится через разные промежутки времени, многократно повторяется. В его основе лежит закономерность изменения активности веществ.

Чтобы определить период полураспада, активность данного образца измеряется через определенные промежутки времени. Учитывая, что этот параметр связан с количеством распавшихся атомов, по закону радиоактивного распада определяется период полураспада.

Пример определения для изотопа

Пусть количество активных элементов исследуемого изотопа равно N, интервал времени, в течение которого наблюдение составляет t2-t1, где начальный и конечный моменты наблюдения достаточно близки. Предположим, что n — количество атомов, распавшихся за данный интервал времени, поэтому n = KN (t2 — t1).

В этом выражении K = 0,693 / T½ — коэффициент пропорциональности, называемый константой затухания. T½ — период полураспада изотопа.

За единицу принимаем временной интервал. В этом случае K = n / N указывает долю ядер, присутствующих в изотопе, которые распадаются за единицу времени.

Зная значение постоянной распада, можно определить период полураспада: T½ = 0,693 / K.

Отсюда следует, что за единицу времени распадается не определенное количество активных атомов, а определенная их часть.

Закон радиоактивного распада (ЗРР)

Период полураспада является основой RRP. Модель была выведена Фредерико Содди и Эрнестом Резерфордом на основе результатов экспериментальных исследований в 1903 году. Удивительно, что многочисленные измерения, выполненные с помощью несовершенных устройств в условиях начала 20 века, привели к точному результату и доказано. Это стало основой теории радиоактивности. Получим математическую запись закона радиоактивного распада.

— Пусть N0 будет числом активных атомов в данный момент. По истечении временного интервала t нетронутыми остаются N элементов.

— К моменту полураспада останется ровно половина активных элементов: N = N0 / 2.

— По истечении другого периода полураспада в образце остается: N = N0 / 4 = N0 / 22 активных атомов.

— По прошествии времени, равного другому периоду полураспада, в образце останется только: N = N0 / 8 = N0 / 23.

— По истечении n периодов полураспада в образце останется N = N0 / 2n активных частиц. В этом выражении n = t / T½: соотношение между временем исследования и периодом полураспада.

— ZRR имеет несколько иное математическое выражение, более удобное при решении задач: N = N02-t / T½.

Регулярность позволяет определить, помимо периода полураспада, количество атомов активного изотопа, не распавшихся в данный момент. Зная количество атомов в образце в начале наблюдения, через некоторое время можно определить продолжительность данного препарата.

Формула закона радиоактивного распада помогает определить период полураспада только при наличии определенных параметров — количества активных изотопов в образце, что довольно сложно выяснить.

Следствия закона

можно написать формулу RRR, используя понятия активности и массы атомов лекарства.

Активность пропорциональна количеству радиоактивных атомов: A = A0 • 2-t / T. В этой формуле A0 — это активность образца в начальный момент, A — активность через t секунд, а T — половина жизнь.

Массу вещества можно использовать по следующей схеме: m = m0 • 2-t / T

В течение каждого равного промежутка времени точно такая же пропорция радиоактивных атомов, имеющихся в данном препарате, распадается.

Границы применимости закона

Закон во всех смыслах статистический, он определяет процессы, происходящие в микромире. Понятно, что период полураспада радиоактивных элементов — это статистическая величина. Вероятностный характер событий в атомных ядрах предполагает, что любое ядро ​​может схлопнуться в любой момент. Невозможно предугадать событие; вы можете только определить вероятность в любой момент времени. Следовательно, период полураспада бессмысленен:

Время жизни атома

Существование атома в исходном состоянии может длиться секунду или, возможно, миллионы лет. Нет необходимости даже говорить о жизни данной частицы. Введя значение, равное средней продолжительности жизни атомов, мы можем говорить о существовании атомов радиоактивного изотопа, последствиях радиоактивного распада. Период полураспада ядра атома зависит от свойств данного атома и не зависит от других величин.

можно решить проблему: как найти период полураспада, зная среднюю продолжительность жизни?

Формула отношения между средней продолжительностью жизни атома и постоянной распада также помогает определить период полураспада.

τ = T1 / 2 / ln2 = T1 / 2 / 0,693 = 1 / λ.

В этих обозначениях это средний срок службы, это постоянная распада.

Использование периода полураспада

Использование RRM для определения возраста отдельных выборок получило широкое распространение в исследованиях в конце двадцатого века. Точность определения возраста ископаемых артефактов возросла настолько, что может дать представление о продолжительности жизни за тысячелетия до нашей эры.

Радиоуглеродный анализ образцов ископаемых органических веществ основан на изменении активности углерода-14 (радиоактивного изотопа углерода), который присутствует во всех организмах. Он попадает в живой организм в процессе обмена веществ и содержится в нем в определенной концентрации. После смерти обмен веществ с окружающей средой прекращается. Концентрация радиоактивного углерода уменьшается за счет естественного распада, пропорционально снижается активность.

Учитывая такое значение, как период полураспада, формула закона радиоактивного распада помогает определить время от момента окончания жизнедеятельности организма.

Цепочки радиоактивного превращения

Исследования радиоактивности проводились в лабораторных условиях. Необычайная способность радиоактивных элементов оставаться активными часами, днями и даже годами не могла не удивить физиков начала двадцатого века. Исследования, например, на тории сопровождались неожиданным результатом: в закрытой ампуле его активность была значительной. При малейшем вдохе он упал. Вывод оказался простым: превращение тория сопровождается выделением радона (газа). Все элементы в процессе радиоактивности превращаются в совершенно разные вещества, разные по физическим и химическим свойствам. Это вещество, в свою очередь, тоже нестабильно. В настоящее время известны три набора подобных преобразований.

Знание таких преобразований чрезвычайно важно при определении времени недоступности загрязненных территорий в ходе атомных и ядерных исследований или катастроф. Период полураспада плутония, в зависимости от его изотопа, составляет от 86 лет (Pu 238) до 80 миллионов лет (Pu 244). Концентрация каждого изотопа дает представление о периоде дезинфекции области.

Самый дорогой металл

известно, что в наше время есть металлы намного дороже золота, серебра и платины. Это включает плутоний. Интересно, что плутоний, образовавшийся в процессе эволюции, не встречается в природе. Большинство элементов получают в лабораторных условиях. Использование плутония-239 в ядерных реакторах позволило ему в наши дни стать чрезвычайно популярным. Получение достаточного количества этого изотопа для использования в реакторах делает его практически бесценным.

Плутоний-239 естественным образом образуется в результате цепочки превращений урана-239 в нептуний-239 (период полураспада — 56 часов). Подобная цепочка позволяет накапливать плутоний в ядерных реакторах. Скорость появления необходимого количества превышает естественную в миллиарды раз.

Применение в энергетике

Можно многое сказать о недостатках ядерной энергии и «странностях» человечества, которое использует почти каждое открытие для уничтожения своего собственного вида. Открытие плутония-239, способного участвовать в цепной ядерной реакции, позволило использовать его в качестве мирного источника энергии. Уран-235, являющийся аналогом плутония, на Земле крайне редок; отделить его от урановой руды гораздо сложнее, чем получить плутоний.

Возраст Земли

Радиоизотопный анализ изотопов радиоактивных элементов дает более точное представление о продолжительности жизни конкретного образца.

По цепочке превращений «уран — торий», содержащейся в земной коре, можно определить возраст нашей планеты. В основе этого метода лежит процентное соотношение этих элементов в среднем по всей земной коре. По последним данным, возраст Земли составляет 4,6 миллиарда лет.

Похожие записи:

Источник