Wie lang ist die Halbwertszeit einer radioaktiven Substanz? Halbwertszeit radioaktiver Elemente – was ist das und wie wird sie bestimmt? Halbwertszeitformel

Der Wertebereich für die Halbwertszeit radioaktiver Stoffe ist äußerst groß, er reicht von Milliarden Jahren bis hin zu kleinen Bruchteilen einer Sekunde. Daher Methoden zur Messung von Mengen T 1/2 sollten sich stark voneinander unterscheiden. Schauen wir uns einige davon an.

1) Angenommen, Sie müssen die Halbwertszeit einer langlebigen Substanz bestimmen. In diesem Fall können Sie, nachdem Sie auf chemischem Wege ein radioaktives Isotop erhalten haben, das frei von Fremdverunreinigungen ist oder eine bekannte Menge an Verunreinigungen aufweist, die Probe wiegen und anhand der Avogadro-Zahl die Anzahl der darin enthaltenen Atome der radioaktiven Substanz bestimmen. Indem wir die Probe vor dem Detektor für radioaktive Strahlung platzieren und den Raumwinkel berechnen, in dem der Detektor von der Probe aus sichtbar ist, bestimmen wir den Anteil der vom Detektor aufgezeichneten Strahlung. Bei der Messung der Strahlungsintensität sollte die mögliche Absorption auf dem Weg zwischen Probe und Detektor sowie die Absorption in der Probe und die Registrierungseffizienz berücksichtigt werden. Somit bestimmt das Experiment die Anzahl der Kerne N, zerfallend pro Zeiteinheit:

Wo N- die Anzahl der in einer radioaktiven Probe vorhandenen radioaktiven Kerne. Dann Und .

2) Wenn der Wert ermittelt wird T 1/2 Für Stoffe, die mit einer Halbwertszeit von mehreren Minuten, Stunden oder Tagen zerfallen, ist es zweckmäßig, die Methode der Beobachtung von Änderungen der Intensität der Kernstrahlung im Laufe der Zeit zu verwenden. In diesem Fall wird die Strahlung entweder mit einem gasgefüllten Zähler oder einem Szintillationsdetektor aufgezeichnet. Die radioaktive Quelle wird so in der Nähe der Theke platziert, dass sie gegenseitige Übereinkunftänderte sich während des gesamten Experiments nicht. Darüber hinaus müssen Bedingungen geschaffen werden, unter denen mögliche Fehlberechnungen sowohl des Zählers selbst als auch des Aufzeichnungssystems ausgeschlossen sind. Die Messungen werden wie folgt durchgeführt. Die Anzahl der Impulse wird gezählt N 0über eine gewisse Zeitspanne T(zum Beispiel in einer Minute). nach einiger Zeit t 1 Die Impulse werden erneut gezählt N 1.Nach einiger Zeit t 2 Es wird eine neue Nummer erhalten N 2 usw.

Tatsächlich führt dieses Experiment relative Messungen der Aktivität eines Isotops zu verschiedenen Zeitpunkten durch. Das Ergebnis ist eine Zahlenreihe , , ..., , die zur Bestimmung der Halbwertszeit verwendet wird T 1/2.

Die erhaltenen experimentellen Werte werden nach Abzug des Hintergrunds in einem Diagramm dargestellt (Abb. 3.3), wobei auf der Abszissenachse die seit Beginn der Messungen verstrichene Zeit und auf der Ordinatenachse der Logarithmus der Zahl aufgetragen ist . Aus den aufgezeichneten Versuchspunkten wird mithilfe der Methode der kleinsten Quadrate eine Linie gezogen. Wenn in der zu messenden Probe nur ein radioaktives Isotop vorhanden ist, ist die Linie gerade. Wenn es zwei oder mehr radioaktive Isotope enthält, die mit unterschiedlichen Halbwertszeiten zerfallen, ist die Linie gekrümmt.

Es ist schwierig, relativ lange Halbwertszeiten (mehrere Monate oder mehrere Jahre) mit einem einzigen Zähler (oder einer einzigen Kammer) zu messen. Allerdings sei zu Beginn der Messungen die Zählrate gegeben N 1, und am Ende - N 2. Dann ist der Fehler umgekehrt proportional zum Wert von ln( N 1/N 2). Das heißt, wenn sich während der Messung die Aktivität der Quelle unwesentlich ändert, dann N 1 Und N 2 werden nahe beieinander liegen und ln( N 1/N 2) wird viel kleiner sein als Eins und der Bestimmungsfehler T 1/2 Wird großartig sein.

Es ist daher klar, dass Halbwertszeitmessungen mit einem einzelnen Zähler zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden müssen, bei dem ln (N 1/N 2) war größer als eins. In der Praxis müssen Beobachtungen höchstens für mehr als durchgeführt werden 5T 1/2.

3) Messungen T 1/2 In mehreren Monaten oder Jahren ist es zweckmäßig, eine Differentialionisationskammer zu verwenden. Es besteht aus zwei Ionisationskammern, die so geschaltet sind, dass die Ströme in ihnen in entgegengesetzter Richtung fließen und sich gegenseitig kompensieren (Abb. 3.4).

Der Prozess der Messung der Halbwertszeit wird wie folgt durchgeführt. In einer der Kameras (zum Beispiel K 1) ein radioaktives Isotop mit offensichtlich großer T 1/2(zum Beispiel 226 Ra, was hat T 1/2=1600 Jahre); für relativ eine kurze Zeit Messungen (mehrere Stunden oder Tage) wird sich der Wert des Ionisationsstroms in dieser Kammer praktisch nicht ändern. Zu einer anderen Kamera ( K 2) Das zu untersuchende radioaktive Nuklid wird platziert. Durch eine ungefähre Auswahl der Aktivitätswerte beider Arzneimittel sowie deren geeignete Platzierung in den Kammern kann sichergestellt werden, dass die Ionisationsströme in den Kammern im ersten Moment gleich sind: I 1 =I 2 =I 0, d.h. Differenzstrom =0. Ist die gemessene Halbwertszeit relativ kurz und beträgt beispielsweise mehrere Monate oder Jahre, so wird nach einigen Stunden der Strom in der Kammer abfallen K 2 abnimmt, entsteht ein Differenzstrom: . Die Änderung der Ionisationsströme erfolgt entsprechend den Halbwertszeiten:

Somit,

Für die gemessenen Halbwertszeiten erhält man den Wert und nach Erweiterung in eine Reihe

Das Experiment misst Ich 0 Und T. Basierend auf ihnen ist es bereits bestimmt und

Die Messgrößen lassen sich mit zufriedenstellender Genauigkeit ermitteln und somit der Wert mit ausreichender Genauigkeit berechnen T 1/2.

4) Bei der Messung kurzer Halbwertszeiten (Bruchteile einer Sekunde) wird üblicherweise die Methode der verzögerten Koinzidenz verwendet. Sein Wesen lässt sich am Beispiel der Bestimmung der Lebensdauer des angeregten Zustands eines Kerns demonstrieren.

Lassen Sie den Kern A Durch den Zerfall verwandelt es sich in einen Kern B, das sich in einem angeregten Zustand befindet und seine Anregungsenergie in Form von zwei Quanten abgibt, die nacheinander auftauchen. Zuerst wird ein Quantum emittiert, dann ein Quantum (siehe Abb. 3.5).

In der Regel gibt ein angeregter Kern nicht sofort überschüssige Energie ab, sondern erst nach einiger (sogar sehr kurzer) Zeit, d. h. angeregte Zustände des Kerns haben eine endliche Lebensdauer. In diesem Fall ist es möglich, die Lebensdauer des ersten angeregten Zustands des Kerns zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird ein Präparat verwendet, das radioaktive Kerne enthält A, wird zwischen zwei Zählern platziert (besser sind hierfür Szintillationszähler zu verwenden) (Abb. 3.6). Es ist möglich, solche Bedingungen zu schaffen, dass der linke Kanal der Schaltung nur Quanten registriert und der rechte. Ein Quant wird immer vor einem Quant emittiert. Der Zeitpunkt der Emission des zweiten Quants relativ zum ersten ist für verschiedene Kerne nicht immer gleich B. Die Entladung angeregter Kernzustände ist statistischer Natur und folgt dem Gesetz des radioaktiven Zerfalls.

Um die Lebensdauer des Füllstands zu bestimmen, ist es daher notwendig, seine Entladung über die Zeit zu überwachen. Dazu binden wir eine variable Verzögerungsleitung 2 in den linken Kanal der Koinzidenzschaltung 1 ein , was im Einzelfall den im linken Detektor aus dem Quant entstehenden Impuls um eine Zeit t 3 verzögert. Der im rechten Detektor aus dem Quant entstehende Impuls gelangt direkt in den Koinzidenzblock. Die Anzahl der zusammenfallenden Impulse wird von der Zählschaltung 3 aufgezeichnet. Durch Messung der Anzahl der Übereinstimmungen als Funktion der Verzögerungszeit erhalten wir eine Entladungskurve der Stufe I ähnlich der Kurve in Abb. 3.3. Daraus wird die Lebensdauer der Stufe I ermittelt. Mithilfe der Methode der verzögerten Koinzidenz kann die Lebensdauer im Bereich von 10 -11 -10 -6 s bestimmt werden.

Halbwertszeit

Halbwertszeit quantenmechanisches System (Teilchen, Kern, Atom, Energieniveau usw.) - Zeit T½, wobei das System mit einer Wahrscheinlichkeit von 1/2 zerfällt. Betrachtet man ein Ensemble unabhängiger Teilchen, so nimmt die Zahl der überlebenden Teilchen während einer Halbwertszeit im Durchschnitt um das Zweifache ab. Der Begriff gilt nur für exponentiell zerfallende Systeme.

Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass alle im ersten Moment aufgenommenen Teilchen innerhalb von zwei Halbwertszeiten zerfallen. Da jede Halbwertszeit die Anzahl der überlebenden Teilchen in der Zeit 2 um die Hälfte reduziert T½ bleibt ein Viertel der ursprünglichen Teilchenzahl, bei 3 T½ - ein Achtel usw. Im Allgemeinen der Anteil der überlebenden Partikel (oder genauer gesagt die Überlebenswahrscheinlichkeit). P für ein gegebenes Teilchen) hängt von der Zeit ab T auf die folgende Weise:

Die Halbwertszeit, die durchschnittliche Lebensdauer und die Zerfallskonstante hängen durch die folgenden Beziehungen zusammen, die sich aus dem Gesetz des radioaktiven Zerfalls ableiten:

Denn die Halbwertszeit ist etwa 30,7 % kürzer als die durchschnittliche Lebenszeit.

In der Praxis wird die Halbwertszeit durch Messung der Aktivität des Testarzneimittels in bestimmten Zeitabständen bestimmt. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Aktivität eines Arzneimittels proportional zur Anzahl der Atome der zerfallenden Substanz ist, und unter Verwendung des Gesetzes des radioaktiven Zerfalls kann die Halbwertszeit berechnet werden dieser Substanz.

Beispiel

Wenn wir für bezeichnen in diesem Moment Zeit, die Anzahl der Kerne, die zur radioaktiven Umwandlung fähig sind N und die Zeit danach T 2 - T 1 wo T 1 und T 2 - ziemlich nahe Momente ( T 1 < T 2) und die Anzahl der Zersetzungen Atomkerne während dieser Zeit N, Das N = KN(T 2 - T 1). Wo ist der Proportionalitätsfaktor? K = 0,693/T½ wird Zerfallskonstante genannt. Wenn wir die Differenz nehmen ( T 2 - T 1) gleich eins, das heißt, das Beobachtungszeitintervall ist dann gleich eins K = N/N und daher zeigt die Zerfallskonstante den Anteil der verfügbaren Anzahl an Atomkernen an, die pro Zeiteinheit zerfallen. Folglich erfolgt der Zerfall so, dass pro Zeiteinheit der gleiche Bruchteil der verfügbaren Anzahl von Atomkernen zerfällt, was das Gesetz des exponentiellen Zerfalls bestimmt.

Die Halbwertszeiten variieren für verschiedene Isotope; Bei einigen, insbesondere bei schnell zerfallenden Isotopen, kann die Halbwertszeit Millionstelsekunden betragen, und bei einigen Isotopen wie Uran-238 und Thorium-232 beträgt sie 4,498 · 10 9 bzw. 1,389 · 10 · 10 Jahre. Es ist einfach, die Anzahl der Uran-238-Atome zu berechnen, die sich in einer bestimmten Menge Uran, beispielsweise in einem Kilogramm, innerhalb einer Sekunde umwandeln. Die Menge eines beliebigen Elements in Gramm, numerisch gleich dem Atomgewicht, enthält bekanntlich 6,02·10 23 Atome. Daher gemäß der obigen Formel N = KN(T 2 - T 1) Finden Sie die Anzahl der Uranatome, die in einem Kilogramm in einer Sekunde zerfallen, und berücksichtigen Sie dabei, dass ein Jahr 365 * 24 * 60 * 60 Sekunden hat.

Berechnungen führen zu der Tatsache, dass in einem Kilogramm Uran innerhalb einer Sekunde zwölf Millionen Atome zerfallen. Trotz dieser enormen Zahl ist die Transformationsrate immer noch vernachlässigbar. Tatsächlich zerfällt der folgende Teil des Urans pro Sekunde:

Somit entspricht sein Anteil an der verfügbaren Uranmenge

Wenden wir uns noch einmal dem Grundgesetz des radioaktiven Zerfalls zu KN(T 2 - T 1), d Das kann man sagen Dieses Gesetz ist in dem Sinne statistisch, dass es nicht angibt, welche Atomkerne in einem bestimmten Zeitraum zerfallen, sondern nur über deren Anzahl spricht. Zweifellos bleibt dieses Gesetz nur dann gültig, wenn die verfügbare Anzahl von Kernen sehr groß ist. Einige der Atomkerne werden in naher Zukunft zerfallen, während andere Kerne erst viel später Umwandlungen erfahren. Wenn also die verfügbare Anzahl radioaktiver Atomkerne relativ gering ist, ist das Gesetz des radioaktiven Zerfalls möglicherweise nicht strikt erfüllt.

Beispiel 2

Die Probe enthält 10 g des Plutoniumisotops Pu-239 mit einer Halbwertszeit von 24.400 Jahren. Wie viele Plutoniumatome zerfallen pro Sekunde?

Wir haben die momentane Abklingrate berechnet. Wir berechnen die Anzahl der zerfallenen Atome anhand der Formel

Die letzte Formel ist nur gültig, wenn der betreffende Zeitraum (in diesem Fall 1 Sekunde) deutlich kürzer als die Halbwertszeit ist. Wenn der betrachtete Zeitraum mit der Halbwertszeit vergleichbar ist, sollte die Formel verwendet werden

Diese Formel ist in jedem Fall geeignet, erfordert jedoch für kurze Zeiträume Berechnungen mit sehr hoher Genauigkeit. Für diese Aufgabe:

Teilweise Halbwertszeit

Wenn ein System mit einer Halbwertszeit T 1/2 kann über mehrere Kanäle abklingen, für jeden von ihnen kann eine Bestimmung vorgenommen werden partielle Halbwertszeit. Sei die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls ich der te Kanal (Verzweigungsfaktor) ist gleich p i. Dann beträgt die partielle Halbwertszeit gem ich der te kanal ist gleich

„Partial“ bedeutet die Halbwertszeit, die ein bestimmtes System hätte, wenn alle Zerfallskanäle „ausgeschaltet“ wären, außer ich Th. Denn per Definition gilt das für jeden Abklingkanal.

Halbwertszeitstabilität

In allen beobachteten Fällen (mit Ausnahme einiger Isotope, die durch Elektroneneinfang zerfallen) war die Halbwertszeit konstant (einige Berichte über Änderungen in diesem Zeitraum wurden durch unzureichende experimentelle Genauigkeit verursacht, insbesondere durch unvollständige Reinigung hochaktiver Isotope). In diesem Zusammenhang gilt die Halbwertszeit als unverändert. Auf dieser Grundlage wird die Bestimmung des absoluten geologischen Alters von Gesteinen sowie die Radiokohlenstoffmethode zur Bestimmung des Alters biologischer Überreste aufgebaut.

Die Annahme über die Variabilität der Halbwertszeit wird sowohl von Kreationisten als auch von Vertretern der sogenannten verwendet. „Alternative Wissenschaft“ zur Widerlegung der wissenschaftlichen Datierung von Gesteinen, Überresten von Lebewesen und historischen Funden mit dem Ziel einer weiteren Widerlegung Wissenschaftliche Theorien, konstruiert unter Verwendung einer solchen Datierung. (Siehe zum Beispiel die Artikel Kreationismus, Wissenschaftlicher Kreationismus, Kritik des Evolutionismus, Das Grabtuch von Turin).

Schwankungen in der Zerfallskonstante für den Elektroneneinfang wurden experimentell beobachtet, sie liegen jedoch über den gesamten im Labor verfügbaren Druck- und Temperaturbereich im Bereich eines Prozentsatzes. Die Halbwertszeit ändert sich in diesem Fall aufgrund einer gewissen (eher schwachen) Abhängigkeit der Dichte der Wellenfunktion der Orbitalelektronen in der Nähe des Kerns von Druck und Temperatur. Signifikante Änderungen der Zerfallskonstante wurden auch bei stark ionisierten Atomen beobachtet (im Grenzfall eines vollständig ionisierten Kerns kann beispielsweise ein Elektroneneinfang nur dann erfolgen, wenn der Kern mit freien Elektronen des Plasmas interagiert; außerdem ist der Zerfall zulässig neutrale Atome, in einigen Fällen kann für stark ionisierte Atome kinematisch verboten werden). Alle diese Optionen für Änderungen der Zerfallskonstanten können offensichtlich nicht zur „Widerlegung“ der radiochronologischen Datierung verwendet werden, da der Fehler der radiochronometrischen Methode selbst bei den meisten Isotopenchronometern mehr als ein Prozent beträgt und stark ionisierte Atome vorhanden sind natürliche Objekte kann nicht über einen längeren Zeitraum auf der Erde existieren.

Die Suche nach möglichen Schwankungen der Halbwertszeiten radioaktiver Isotope, sowohl aktuell als auch über Milliarden von Jahren hinweg, ist im Zusammenhang mit der Hypothese über Schwankungen der Werte grundlegender Konstanten in der Physik (Feinstrukturkonstante, Fermi-Konstante usw.) interessant .). Sorgfältige Messungen haben jedoch noch keine Ergebnisse erbracht – es wurden keine Änderungen der Halbwertszeiten innerhalb des experimentellen Fehlers festgestellt. So konnte gezeigt werden, dass sich die α-Zerfallskonstante von Samarium-147 über einen Zeitraum von 4,6 Milliarden Jahren um nicht mehr als 0,75 % änderte und beim β-Zerfall von Rhenium-187 die Änderung im gleichen Zeitraum nicht mehr als 0,5 % betrug. ; In beiden Fällen sind die Ergebnisse mit dem Fehlen solcher Änderungen vereinbar.

siehe auch

Anmerkungen

Wikimedia-Stiftung. 2010.

Ai
Merenra I

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Halbwertszeit“ ist:

HALBWERTSZEIT- HALBLIFE, der Zeitraum, in dem die Hälfte einer bestimmten Anzahl von Kernen zerfällt radioaktives Isotop(das sich in ein anderes Element oder Isotop umwandelt). Es wird nur die Halbwertszeit gemessen, da kein vollständiger Zerfall erfolgt... ... Wissenschaftlich und technisch Enzyklopädisches Wörterbuch

HALBWERTSZEIT- ein Zeitraum, in dem sich die anfängliche Anzahl radioaktiver Kerne durchschnittlich halbiert. Wenn es zum Zeitpunkt t=0 N0 radioaktive Kerne gibt, nimmt ihre Anzahl N mit der Zeit nach dem Gesetz ab: N=N0e lt, wobei l die radioaktive Zerfallskonstante ist... Physische Enzyklopädie

HALBWERTSZEIT- die Zeit, die benötigt wird, um die Hälfte des ursprünglichen radioaktiven Materials oder Pestizids zu zersetzen. Ökologisches enzyklopädisches Wörterbuch. Chisinau: Hauptredaktion von Moldavian Sowjetische Enzyklopädie. I.I. Dedu. 1989 ... Ökologisches Wörterbuch

HALBWERTSZEIT- Zeitraum T1/2, in dem sich die Anzahl instabiler Kerne halbiert. T1/2 = 0,693/λ = 0,693·τ, wobei λ die radioaktive Zerfallskonstante ist; τ ist die durchschnittliche Lebensdauer eines radioaktiven Kerns. Siehe auch Radioaktivität... Russische Enzyklopädie des Arbeitsschutzes

Halbwertszeit- Die Zeit, in der die Aktivität einer radioaktiven Quelle auf die Hälfte ihres Wertes abnimmt. [System zerstörungsfreie Prüfung. Arten (Methoden) und Technologie der zerstörungsfreien Prüfung. Begriffe und Definitionen (Nachschlagewerk). Moskau 2003]… … Leitfaden für technische Übersetzer

Das wichtigste Merkmal eines Radionuklids ist neben anderen Eigenschaften seine Radioaktivität, also die Anzahl der Zerfälle pro Zeiteinheit (die Anzahl der Kerne, die in einer Sekunde zerfallen).

Die Aktivitätseinheit einer radioaktiven Substanz ist Becquerel (Bq). 1 Becquerel = 1 Zerfall pro Sekunde.

Die außersystemische Aktivitätseinheit einer radioaktiven Substanz, der Curie (Ci), wird auch heute noch verwendet. 1 Ci = 3,7*1010 Bq.

Halbwertszeit einer radioaktiven Substanz

Folie Nummer 10

Die Halbwertszeit (T1/2) ist ein Maß für die Geschwindigkeit des radioaktiven Zerfalls einer Substanz – die Zeit, die benötigt wird, bis die Radioaktivität einer Substanz um die Hälfte reduziert ist, oder die Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte der Kerne einer Substanz dies erreicht Verfall.

Nach einer Zeit, die einer Halbwertszeit des Radionuklids entspricht, nimmt seine Aktivität um die Hälfte seines ursprünglichen Wertes ab, nach zwei Halbwertszeiten um das Vierfache und so weiter. Berechnungen zeigen, dass nach einer Zeit, die zehn Halbwertszeiten eines Radionuklids entspricht, seine Aktivität um etwa das Tausendfache abnimmt.

Die Halbwertszeiten verschiedener radioaktiver Isotope (Radionuklide) liegen zwischen Bruchteilen einer Sekunde und Milliarden von Jahren.

Folie Nummer 11

Radioaktive Isotope mit Halbwertszeiten von weniger als einem Tag oder Monaten werden als kurzlebig bezeichnet, solche mit Halbwertszeiten von mehr als einigen Monaten oder Jahren als langlebig.

Folie Nummer 12

Arten ionisierender Strahlung

Jede Strahlung geht mit der Freisetzung von Energie einher. Wenn beispielsweise menschliches Körpergewebe bestrahlt wird, wird ein Teil der Energie auf die Atome übertragen, aus denen dieses Gewebe besteht.

Wir werden uns die Prozesse der Alpha-, Beta- und Gammastrahlung ansehen. Sie alle entstehen beim Zerfall von Atomkernen radioaktiver Elementisotope.

Folie Nummer 13

Alphastrahlung

Alphateilchen sind positiv geladene Heliumkerne mit hoher Energie.

Folie Nummer 14

Ionisierung von Materie durch ein Alphateilchen

Wenn ein Alphateilchen in unmittelbarer Nähe eines Elektrons vorbeifliegt, zieht es es an und kann es aus seiner normalen Umlaufbahn werfen. Das Atom verliert ein Elektron und wird dadurch zu einem positiv geladenen Ion.

Die Ionisierung eines Atoms erfordert etwa 30–35 eV (Elektronenvolt) Energie. So kann ein Alphateilchen mit beispielsweise 5.000.000 eV Energie zu Beginn seiner Bewegung mehr als 100.000 Ionen produzieren, bevor es zur Ruhe kommt.

Die Masse der Alphateilchen beträgt etwa das 7.000-fache der Masse eines Elektrons. Die große Masse der Alphateilchen bestimmt die Geradlinigkeit ihres Durchgangs Elektronenhüllen Atome bei der Ionisierung von Materie.

Ein Alphateilchen verliert mit jedem Elektron, das es den Atomen einer Substanz beim Durchgang durch sie entzieht, einen kleinen Teil seiner ursprünglichen Energie. Die kinetische Energie des Alphateilchens und seine Geschwindigkeit nehmen kontinuierlich ab. Wenn die gesamte kinetische Energie verbraucht ist, kommt das α-Teilchen zur Ruhe. Zu diesem Zeitpunkt fängt es zwei Elektronen ein und verliert bei der Umwandlung in ein Heliumatom seine Fähigkeit, Materie zu ionisieren.

Folie Nummer 15

Betastrahlung

Betastrahlung ist der Prozess, bei dem Elektronen direkt aus dem Kern eines Atoms emittiert werden. Ein Elektron im Kern entsteht, wenn ein Neutron in ein Proton und ein Elektron zerfällt. Das Proton verbleibt im Kern, während das Elektron als Betastrahlung emittiert wird.

Folie Nummer 16

Ionisierung von Materie durch ein Betateilchen

Ein B-Teilchen schlägt eines der Orbitalelektronen eines stabilen chemischen Elements aus. Diese beiden Elektronen haben die gleiche elektrische Ladung und Masse. Wenn sich die Elektronen also treffen, stoßen sie sich gegenseitig ab und ändern ihre ursprüngliche Bewegungsrichtung.

Wenn ein Atom ein Elektron verliert, wird es zu einem positiv geladenen Ion.

Folie Nummer 17

Gammastrahlung

Gammastrahlung besteht nicht aus Teilchen wie Alpha- und Betastrahlung. Es ist, genau wie das Licht der Sonne, eine elektromagnetische Welle. Gammastrahlung ist elektromagnetische (Photonen-)Strahlung, die aus Gammaquanten besteht und beim Übergang von Kernen von einem angeregten Zustand in den Grundzustand bei Kernreaktionen oder der Vernichtung von Teilchen emittiert wird. Diese Strahlung hat eine hohe Durchdringungskraft, da sie eine viel kürzere Wellenlänge als Licht- und Radiowellen hat. Die Energie der Gammastrahlung kann große Werte erreichen und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gammastrahlung entspricht der Lichtgeschwindigkeit. Gammastrahlung begleitet in der Regel Alpha- und Betastrahlung, da es in der Natur praktisch keine Atome gibt, die nur Gammaquanten emittieren. Gammastrahlung ähnelt Röntgenstrahlung, unterscheidet sich jedoch in der Art ihres Ursprungs, der elektromagnetischen Wellenlänge und der Frequenz.

Halbwertszeit

Die Halbwertszeit, die durchschnittliche Lebensdauer τ und die Zerfallskonstante λ hängen durch die folgenden Beziehungen zusammen:

Da ln2 = 0,693... ist die Halbwertszeit etwa 30 % kürzer als die Lebensdauer.

Manchmal wird die Halbwertszeit auch Halbwertszeit genannt.

Beispiel

Wenn wir für einen bestimmten Zeitpunkt die Anzahl der Kerne angeben, die zur radioaktiven Umwandlung fähig sind N und die Zeit danach T 2 - T 1 wo T 1 und T 2 - ziemlich nahe Momente ( T 1 < T 2) und die Anzahl der in diesem Zeitraum zerfallenden Atomkerne N, Das N = KN(T 2 - T 1). Wo ist der Proportionalitätsfaktor? K = 0,693/T½ wird Zerfallskonstante genannt. Wenn wir die Differenz nehmen ( T 2 - T 1) gleich eins, das heißt, das Beobachtungszeitintervall ist dann gleich eins K = N/N und daher zeigt die Zerfallskonstante den Anteil der verfügbaren Anzahl an Atomkernen an, die pro Zeiteinheit zerfallen. Folglich erfolgt der Zerfall so, dass pro Zeiteinheit der gleiche Bruchteil der verfügbaren Anzahl von Atomkernen zerfällt, was das Gesetz des exponentiellen Zerfalls bestimmt.

Die Halbwertszeiten variieren für verschiedene Isotope; Bei einigen, insbesondere schnell zerfallenden, kann die Halbwertszeit Millionstelsekunden betragen, und bei einigen Isotopen wie Uran 238 und Thorium 232 beträgt sie 4,498 * 10 9 bzw. 1,389 * 10 10 Jahre. Es ist einfach, die Anzahl der Uran-238-Atome zu berechnen, die sich in einer bestimmten Menge Uran, beispielsweise in einem Kilogramm, innerhalb einer Sekunde umwandeln. Die Menge eines beliebigen Elements in Gramm, numerisch gleich dem Atomgewicht, enthält bekanntlich 6,02 * 10 23 Atome. Daher gemäß der obigen Formel N = KN(T 2 - T 1) Finden Sie die Anzahl der Uranatome, die in einem Kilogramm in einer Sekunde zerfallen, und berücksichtigen Sie dabei, dass ein Jahr 365 * 24 * 60 * 60 Sekunden hat.

Somit entspricht sein Anteil an der verfügbaren Uranmenge

Teilweise Halbwertszeit

Halbwertszeitstabilität

Die Annahme über die Variabilität der Halbwertszeit wird sowohl von Kreationisten als auch von Vertretern der sogenannten verwendet. „Alternative Wissenschaft“ zur Widerlegung der wissenschaftlichen Datierung von Gesteinen, Überresten von Lebewesen und historischen Funden mit dem Ziel, die auf der Grundlage solcher Datierungen aufgestellten wissenschaftlichen Theorien weiter zu widerlegen. (Siehe zum Beispiel die Artikel Kreationismus, Wissenschaftlicher Kreationismus, Kritik des Evolutionismus, Das Grabtuch von Turin).

Schwankungen in der Zerfallskonstante für den Elektroneneinfang wurden experimentell beobachtet, sie liegen jedoch über den gesamten im Labor verfügbaren Druck- und Temperaturbereich im Bereich eines Prozentsatzes. Die Halbwertszeit ändert sich in diesem Fall aufgrund einer gewissen (eher schwachen) Abhängigkeit der Dichte der Wellenfunktion der Orbitalelektronen in der Nähe des Kerns von Druck und Temperatur. Signifikante Änderungen der Zerfallskonstante wurden auch bei stark ionisierten Atomen beobachtet (im Grenzfall eines vollständig ionisierten Kerns kann beispielsweise ein Elektroneneinfang nur dann erfolgen, wenn der Kern mit freien Elektronen des Plasmas interagiert; außerdem ist der Zerfall zulässig neutrale Atome, in einigen Fällen kann für stark ionisierte Atome kinematisch verboten werden). Alle diese Optionen für Änderungen der Zerfallskonstanten können offensichtlich nicht zur „Widerlegung“ der radiochronologischen Datierung verwendet werden, da der Fehler der radiochronometrischen Methode selbst bei den meisten Isotopenchronometern mehr als ein Prozent beträgt und stark ionisierte Atome in natürlichen Objekten auf der Erde dies nicht können existieren schon seit längerer Zeit.

Bestimmung der Halbwertszeit eines radioaktiven, langlebigen Kaliumisotops

Ziel der Arbeit: Untersuchung des Phänomens Radioaktivität. Bestimmung der Halbwertszeit T 1/2 Kerne des radioaktiven Isotops K-40 (Kalium-40).

Ausrüstung:

Messanlage;

Eine gemessene Probe, die eine bekannte Masse an Kaliumchlorid (KCl) enthält;

Referenzarzneimittel (Aktivitätsmaß) mit bekannter K-40-Aktivität.

Theoretischer Teil

Derzeit bekannt große Menge alle Isotope chemische Elemente, deren Kerne sich spontan ineinander umwandeln können. Während des Transformationsprozesses emittiert der Kern eine oder mehrere Arten sogenannter ionisierender Teilchen – Alpha (α), Beta (β) und andere sowie Gammaquanten (γ). Dieses Phänomen wird als radioaktiver Kernzerfall bezeichnet.

Der radioaktive Zerfall ist probabilistischer Natur und hängt nur von den Eigenschaften der zerfallenden und resultierenden Kerne ab. Äußere Faktoren (Erwärmung, Druck, Feuchtigkeit usw.) haben keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit des radioaktiven Zerfalls. Die Radioaktivität von Isotopen hängt praktisch nicht davon ab, ob sie vorhanden sind reiner Form oder Bestandteil chemischer Verbindungen sind. Der radioaktive Zerfall ist ein stochastischer Prozess. Jeder Kern zerfällt unabhängig von anderen Kernen. Es ist unmöglich, genau zu sagen, wann ein bestimmter radioaktiver Kern zerfallen wird, aber für einen einzelnen Kern kann man die Wahrscheinlichkeit seines Zerfalls über einen bestimmten Zeitraum angeben.

Der spontane Zerfall radioaktiver Kerne erfolgt nach dem Gesetz der Kinetik des radioaktiven Zerfalls, nach dem die Anzahl der Kerne steigt dN(t), in einem verschwindend kleinen Zeitraum zerfällt dt, proportional zur Anzahl der gleichzeitig verfügbaren instabilen Kerne T in einer gegebenen Strahlungsquelle (dimensionale Probe):

In Formel (1) wird der Proportionalitätskoeffizient λ genannt Zerfallskonstante Kerne. Seine physikalische Bedeutung ist die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls eines einzelnen instabilen Kerns pro Zeiteinheit. Mit anderen Worten, für eine Strahlungsquelle, die im betrachteten Moment eine große Anzahl instabiler Kerne enthält N(t), zeigt die Zerfallskonstante Aktie Kerne, die in einer bestimmten Quelle in kurzer Zeit zerfallen dt. Die Zerfallskonstante ist eine Dimensionsgröße. Seine Dimension im SI-System ist c -1.

Größe A(T) in Formel (1) selbst ist wichtig. Es ist das wichtigste quantitative Merkmal einer bestimmten Probe als Strahlungsquelle und wird als ihr bezeichnet Aktivität . Die physikalische Bedeutung der Quellenaktivität ist die Anzahl instabiler Kerne, die in einer bestimmten Strahlungsquelle pro Zeiteinheit zerfallen. Die SI-Einheit der Aktivität ist Becquerel(Bq) – entspricht dem Zerfall eines Kerns pro Sekunde. In der Fachliteratur gibt es eine nichtsystemische Maßeinheit für die Aktivität – Curie (Ci) . 1 Ci ≈ 3,7·10 · 10 Bq.

Ausdruck (1) ist eine Aufzeichnung des Gesetzes der Kinetik des radioaktiven Zerfalls in Differentialform. In der Praxis ist es manchmal bequemer, eine andere (integrale) Art des Gesetzes des radioaktiven Zerfalls anzuwenden. Wenn wir die Differentialgleichung (1) lösen, erhalten wir:

, (2)

Wo N(0) – Anzahl instabiler Kerne in der Probe zum Anfangszeitpunkt (T = 0); N(T) – durchschnittliche Anzahl instabiler Kerne zu jedem Zeitpunkt t >0.

Somit nimmt die Anzahl instabiler Kerne in jeder Strahlungsquelle im Laufe der Zeit nach einem Exponentialgesetz ab. Abbildung 1 zeigt eine Kurve der zeitlichen Änderung der durchschnittlichen Anzahl von Kernen, die gemäß dem Gesetz des radioaktiven Zerfalls auftritt. Dieses Gesetz kann nur auf eine große Anzahl radioaktiver Kerne angewendet werden. Bei einer geringen Anzahl zerfallender Kerne sind erhebliche statistische Schwankungen um den Mittelwert zu beobachten N(T).

Abbildung 1. – Radionuklid-Zerfallskurve.

Beide Seiten (2) mit einer Konstanten multiplizieren λ und angesichts dessen N(T)· λ = A(T), Wir erhalten das Gesetz der zeitlichen Änderung der Aktivität der Strahlungsquelle

. (3)

Als integrale Zeitcharakteristik eines Radionuklids bezeichnet man eine Größe Halbwertszeit T 1/2 . Die Halbwertszeit ist das Zeitintervall, in dem die Anzahl der Kerne eines bestimmten Radionuklids in der Quelle im Durchschnitt um die Hälfte abnimmt (siehe Abbildung 1). Aus Ausdruck (2) finden wir:

Daraus erhalten wir den Zusammenhang zwischen der Halbwertszeit eines Radionuklids T 1/2 und sein ständiger Verfall 

Einsetzen des Wertes in Formel (4). λ , ausgedrückt und Formel (1), erhalten wir einen Ausdruck, der die Halbwertszeit mit der Aktivität der Dimensionsprobe A und der Anzahl instabiler Kerne in Beziehung setzt N K-40 Radionuklid
in diesem Beispiel enthalten

. (5)

Ausdruck (5) ist die Hauptarbeitsformel für diese Aufgabe. Daraus folgt, dass die Anzahl der Radionuklidkerne gezählt wurde
In einer gemessenen Arbeitsprobe und nach Bestimmung der Aktivität von K-40 in der Probe wird es möglich sein, die Halbwertszeit des langlebigen Radionuklids K-40 zu ermitteln und damit die Aufgabe der Laborarbeit abzuschließen.

Beachten wir einen wichtigen Punkt. Berücksichtigen wir, dass je nach Aufgabenstellung die Halbwertszeit im Voraus bekannt ist T 1/2 Radionuklid
viel mehr Beobachtungszeit Δ T für eine gemessene Probe im Rahmen dieser Laborarbeit (Δ T/ T 1/2 <<1) . Daher können Sie bei der Durchführung dieser Aufgabe die Änderung der Aktivität der Probe und der Anzahl der K-40-Kerne in der Probe aufgrund des radioaktiven Zerfalls ignorieren und diese als konstante Werte betrachten:

Bestimmung der Anzahl der K-40-Kerne in einer gemessenen Probe.

Es ist bekannt, dass das natürliche chemische Element Kalium aus drei Isotopen besteht – K-39, K-40 und K-41. Eines dieser Isotope, nämlich ein Radionuklid
, dessen Massenanteil im natürlichen Kalium 0,0119 % beträgt (relativ Prävalenz η =0,000119) , ist instabil.

Anzahl der Atome N K-40(bzw. und Kerne) des Radionuklids
in einer gemessenen Probe wird wie folgt bestimmt.

Vollständige Nummer N K Atome natürlichen Kaliums in einer volumetrischen Probe, die enthält M Gramm (vom Lehrer angegeben) Kaliumchlorid, ermittelt aus dem Verhältnis

Wo M KCl = 74,5 g/mol– Molmasse von KCl;

N A = 6,02·10 23 Mol -1 - Avogadros Konstante.

Unter Berücksichtigung der relativen Häufigkeit ergibt sich daher die Anzahl der Atome (Kerne) des Radionuklids
in einer gemessenen Probe wird durch das Verhältnis bestimmt

. (6)

Bestimmung der Radionuklidaktivität
in einer gemessenen Probe.

Es ist bekannt, dass Kerne des Radionuklids K-40 zwei Arten von Kernumwandlungen durchlaufen können:

Mit Wahrscheinlichkeit ν β = 0,89 Der K-40-Kern verwandelt sich in einen Ca-40-Kern und emittiert -Teilchen und Antineutrino (Beta-Zerfall):

Mit Wahrscheinlichkeit ν γ =0,11 Der Kern fängt ein Elektron aus der nächstgelegenen K-Schale ein, verwandelt sich in einen Ar-40-Kern und emittiert ein Neutrino (Elektroneneinfang oder K-Einfang):

Der entstehende Argonkern befindet sich in einem angeregten Zustand und geht fast augenblicklich in den Grundzustand über, wobei er während dieses Übergangs ein γ-Quant mit einer Energie von 1461 keV emittiert:

Ausstiegswahrscheinlichkeiten ν β Und ν γ werden genannt relative Ausbeute an β-Teilchen und γ-Quanten pro Kernzerfall , jeweils. Abbildung 2 zeigt ein Diagramm des Zerfalls von K-40, das das oben Gesagte veranschaulicht.

Abbildung 2. – Schema des Zerfalls des Radionuklids K-40.

Ionisierende Teilchen, die beim radioaktiven Zerfall von Kernen entstehen, können mit speziellen Geräten nachgewiesen werden. In dieser Arbeit verwenden wir einen Messaufbau, der β-Partikel registriert, die den Zerfall von K-40-Radionuklidkernen begleiten, die Teil der gemessenen Probe sind.

Das Blockschaltbild des Messaufbaus ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3. – Blockschaltbild der Messanlage.

1 – Küvette mit einer abgemessenen Probe KCl;

2 – Geiger-Müller-Zähler;

3 – Hochspannungsblock;

4 – Pulsformer;

5 – Impulszähler;

6 – Timer.

Betrachten wir den Vorgang der Erfassung von Betateilchen, die in einer gemessenen Probe (Strahlungsquelle) entstehen, mit einem Messaufbau.

Wir bezeichnen die unbekannte Aktivität des Radionuklids K-40 in einer gemessenen Probe A X. Das bedeutet, dass im Durchschnitt jede Sekunde in der Stichprobe A X Radionuklidkerne K-40;

Die Strahlungsregistrierung erfolgt während einer bestimmten Betriebszeit der Anlage T ändern. Es ist offensichtlich, dass die Probe während dieser Zeit im Durchschnitt zerfällt. A X T ändern Kerne;

Unter Berücksichtigung der relativen Ausbeute an Betateilchen pro Kernzerfall beträgt die Anzahl der während des Betriebs der Anlage in der Probe erzeugten Betateilchen A X T ändern ·ν β ;

Da die Quelle endliche Abmessungen hat, wird ein Teil der Betateilchen vom Material der Quelle selbst absorbiert. Wahrscheinlichkeit Q Die Absorption eines in einer Quelle erzeugten Betateilchens durch das Material der Quelle selbst wird als Selbstabsorptionskoeffizient der Strahlung bezeichnet. Daraus folgt, dass von der Quelle während der gesamten Messzeit in alle Richtungen (im Raumwinkel von 4π) im Mittel A X T ändern ·ν β ·(1-Q) Beta-Partikel;

Nur ein kleiner Teil passiert den Detektor (Geiger-Müller-Zähler) G aller von der Quelle freigesetzten Betateilchen, abhängig von der Größe und relativen Position von Probe und Detektor. Die restlichen Teilchen fliegen am Detektor vorbei. Änderung G wird als geometrischer Faktor des Detektor-Probe-Systems bezeichnet. Folglich ist die Gesamtzahl der Betateilchen, die während des Betriebs der Anlage aus der Probe in das Arbeitsvolumen des Detektors gelangt sind, gleich A X T ändern ·ν β ·(1-Q)· G;

Aufgrund der Besonderheit des Betriebs von Detektoren für ionisierende Strahlung jeglicher Art (einschließlich Geiger-Müller-Detektoren) nur ein bestimmter Anteil ε (Detektionseffizienz des Detektors genannt) Partikel, die den Detektor passieren, lösen an seinem Ausgang einen elektrischen Impuls aus. Der Detektor „bemerkt“ die verbleibenden Partikel nicht. Diese elektrischen Impulse werden von der elektronischen Schaltung der Messanlage verarbeitet und von deren Zähleinrichtung erfasst. Während des Betriebs der Anlage registriert das Zählgerät somit „nützliche“ Ereignisse (Impulse), die durch den Zerfall von K-40-Kernen in der gemessenen Probe verursacht werden;

Gleichzeitig mit Betateilchen aus der gemessenen Probe -
- das Messsystem erfasst auch eine bestimmte Menge - - sogenannte Hintergrundpartikel, die durch natürliche Radioaktivität umgebender Gebäudestrukturen, Baumaterialien, kosmischer Strahlung usw. verursacht werden.

Somit die Gesamtzahl der Ereignisse N X, registriert von der Umrechnungseinrichtung der Messanlage bei der Messung einer Messprobe mit unbekannter Aktivität A X für eine Zeit T ändern, kann in der Form dargestellt werden

Genaue Abrechnung von Änderungen Q, G Und ε in Formel (7) enthalten ist, ist im allgemeinen Fall sehr komplex. Daher werden sie in der Praxis häufig verwendet relativ Aktivitätsmessmethode . Die Durchführung dieser Methode ist in Gegenwart einer Referenzquelle radioaktiver Strahlung (exemplarisches Aktivitätsmaß) mit bekannter Aktivität möglich A E, die die gleiche Form und die gleichen Abmessungen haben und das gleiche Radionuklid wie die untersuchte Probe enthalten. In diesem Fall gelten alle Korrekturfaktoren ν β , Q, G, ε - wird für die Studien- und Referenzmedikamente gleich sein.

Als beispielhaftes Aktivitätsmaß können wir für die untersuchte Stichprobe einen Ausdruck schreiben, der dem Ausdruck (7) ähnelt

Wenn wir für die Test- und Referenzproben die gleiche Messzeit wählen, dann drückt sich das Produkt aus
Aus Formel (8) und Einsetzen dieses Ausdrucks in Formel (7) erhalten wir einen Ausdruck für die praktische Bestimmung der Aktivität der Testprobe A X

, Bk , (9)

Wo A E– Aktivität der Referenzmaßnahme, Bq;

N X– die Anzahl der während der Messung des Prüflings aufgezeichneten Ereignisse;

N E– die Anzahl der während der Messung der Referenzmaßnahme aufgezeichneten Ereignisse;

N F– Anzahl der bei Hintergrundmessungen aufgezeichneten Ereignisse.

Verfahren zur Durchführung von Laborarbeiten

1. Schalten Sie das Gerät ein, stellen Sie die Messzeit ein (mindestens 3 Minuten) und lassen Sie es 15–20 Minuten „aufwärmen“.

2. Nehmen Sie mindestens 5 Mal Hintergrundmessungen vor. Die Ergebnisse jeder (i.-ten) Messung -

3. Besorgen Sie sich von Ihrem Lehrer ein Messmuster. Erkundigen Sie sich bei Ihrem Lehrer nach der Menge an Kaliumchlorid in der gemessenen Probe. Berechnen Sie mithilfe der Formel (6) die Anzahl der K-40-Radionuklidkerne in einer gemessenen Probe.

4. Platzieren Sie die Messprobe unter dem Arbeitsfenster des Detektors und messen Sie die Probe mindestens 5 Mal. Die Ergebnisse jeder Messung - - Tragen Sie es in das Arbeitsblatt ein.

5. Holen Sie sich von Ihrem Lehrer ein Probenmaß und klären Sie den Aktivitätswert des darin enthaltenen K-40-Radionuklids ab.

6. Legen Sie ein Standardmaß unter das Arbeitsfenster des Detektors und messen Sie es mindestens fünfmal. Die Ergebnisse jeder Messung - - in Arbeitsblatt 1 eintragen.

7. Berechnen Sie mit Formel (9) für jede i-te Zeile den Aktivitätswert der gemessenen Probe. Berechnungsergebnisse - - in Arbeitsblatt 1 eintragen.

8. Berechnen Sie mithilfe der Formel (5) für jede i-te Zeile des Arbeitsblatts den Halbwertszeitwert –
- Radionuklid K-40.

9. Bestimmen Sie das arithmetische Mittel der Halbwertszeit

und Schätzung der Standardabweichung

Dabei ist L die Stichprobengröße (Anzahl der Messungen, zum Beispiel L = 5).

Der durch Laborarbeiten ermittelte Halbwertszeitwert des Radionuklids K-40 sollte in folgender Form angegeben werden:

, Jahre,

Wo T P , L -1 ist der entsprechende Student-Koeffizient (siehe Tabelle 2) und

- quadratischer Mittelfehler des arithmetischen Mittels.

10. Verwendung des erhaltenen Halbwertszeitwerts
Schätzen Sie die Werte der Zerfallskonstante λ und durchschnittliche Kernel-Lebensdauer τ = 1/λ Radionuklid
.

11. Vergleichen Sie die Ergebnisse mit den Referenzwerten.

Tabelle 1. Arbeitsblatt „Ergebnisse“.

Tabelle 2. Student-Koeffizientenwerte für verschiedene Konfidenzwahrscheinlichkeiten P und Anzahl der Freiheitsgrade (L-1):

L-1	P
L-1

Kontrollfragen

1. Was sind Isotope eines chemischen Elements?

2. Schreiben Sie das Gesetz des radioaktiven Zerfalls in Differential- und Integralform auf.

3. Welche Aktivität hat eine Radionuklidquelle ionisierender Strahlung? Welche Einheiten gibt es zur Messung der Aktivität?

4. Nach welchem Gesetz verändert sich die Aktivität der Quelle im Laufe der Zeit?

5. Was ist die Zerfallskonstante, Halbwertszeit und durchschnittliche Lebensdauer eines Radionuklidkerns? Ihre Maßeinheiten. Schreiben Sie Ausdrücke auf, die diese Größen verbinden.

6. Bestimmen Sie die Halbwertszeiten der Radionuklide Rn-222 und Ra-226, wenn ihre Zerfallskonstanten 2,110 -6 s -1 bzw. 1,3510 -11 s -1 betragen.

7. Bei der Messung einer Probe, die ein kurzlebiges Radionuklid enthielt, wurden innerhalb von 1 Minute 250 Impulse aufgezeichnet, und 1 Stunde nach Beginn der ersten Messung wurden innerhalb von 1 Minute 90 Impulse aufgezeichnet. Bestimmen Sie die Zerfallskonstante und die Halbwertszeit des Radionuklids, wenn der Hintergrund des Messaufbaus vernachlässigt werden kann.

8. Erklären Sie das Zerfallsmuster des Radionuklids K-40. Wie groß ist die relative Ausbeute an ionisierenden Teilchen?

9. Erklären Sie die physikalische Bedeutung der Konzepte: Effizienz der Registrierung von Kernpartikeln durch einen Detektor; geometrischer Faktor des Messaufbaus; Selbstabsorptionskoeffizient der Strahlung.

10. Erklären Sie das Wesentliche der relativen Methode zur Bestimmung der Aktivität einer Quelle ionisierender Strahlung.

11. Wie groß ist die Halbwertszeit eines Radionuklids, wenn die Aktivität seines Arzneimittels in 5 Stunden um das 16-fache abgenommen hat?

12. Ist es möglich, die Aktivität einer K-40-haltigen Probe allein durch Messung der Intensität der Gammastrahlung zu bestimmen?

13. Welche Art von Energiespektrum haben β+-Strahlung und β-Strahlung?

14. Ist es möglich, die Aktivität einer Probe durch Messung der Intensität ihrer Neutrino-(Antineutrino-)Strahlung zu bestimmen?

15. Wie ist das Energiespektrum der Gammastrahlung von K-40 beschaffen?

16. Welche Faktoren bestimmen den quadratischen Mittelfehler bei der Bestimmung der Halbwertszeit von K-40 in dieser Arbeit?

Beispiel einer Problemlösung

Zustand. Bestimmen Sie den Wert der radioaktiven Zerfallskonstante λ und der Halbwertszeit T 1/2 des Radionuklids 239 Pu, wenn in der Zubereitung 239 Pu 3 O 8 mit einer Masse von m = 3,16 Mikrogramm, Q = 6,78 · 10 5 Kernzerfälle auftreten in einer Zeit t = 100 s.

Lösung.

Arzneimittelaktivität A = Q/t = 6,78·10 5 /100 = 6,78·10 3, dis/s (Bq).

Masse von 239 Pu in der Zubereitung

wobei A mol die entsprechenden Molmassen sind.

Anzahl der Pu-239-Kerne im Präparat

wobei N A Avogadros Zahl ist.

Zerfallskonstante λ = A/ N 239 = 6,78·10 3 /6,75·10 15 = 1,005·10 -12 , s -1 .

Halbwertszeit

T 1/2 = ln2/λ = 6,91 10 11 C.

Literatur-Empfehlungen.

1. Abramow, Alexander Iwanowitsch. Grundlagen experimenteller Methoden der Kernphysik: ein Lehrbuch für Studierende. Universitäten / K.I. Abramov, Yu.A., Kazansky, E.S. Matusevich – 3. Auflage, überarbeitet. und zusätzlich - M.: Energoatomizdat, 1985.- 487 S.

2. Aliev, Ramiz Avtandilovich. Radioaktivität: [Lehrbuch für Studenten. Universitäten, Bildung in Richtung höhere Berufsausbildung 020100 (Master of Chemistry) und Fachhochschulausbildung 020201 – „Grundlegende und angewandte Chemie“] / R.A. Aliev, S.N. Kalmück. - St. Petersburg; Moskau; Krasnodar: Lan, 2013.- 301 S.

3. Muchin, Konstantin Niktforowitsch. Experimentelle Kernphysik: Lehrbuch: [in 3 Bänden] / K.N. Muchin. - St. Petersburg; Moskau; Krasnodar: Lan, 2009.

4. Korobkow, Viktor Iwanowitsch. Methoden zur Vorbereitung von Präparaten und Verarbeitung der Ergebnisse von Radioaktivitätsmessungen / V.I. Korobkov, V. B. Lukyanov.- M.: Atomizdat, 1973.- 216 S.