Was ist die halbwertszeit einer radioaktiven substanz. Die Halbwertszeit radioaktiver Elemente – was ist das und wie wird sie bestimmt? Formel für die Halbwertszeit

Der Wertebereich für die Halbwertszeit radioaktiver Stoffe ist extrem breit, er reicht von Milliarden Jahren bis zu kleinen Sekundenbruchteilen. Daher die Methoden zur Messung der Menge T 1/2 sollten sehr unterschiedlich sein. Betrachten wir einige von ihnen.

1) Angenommen, es soll beispielsweise die Halbwertszeit einer langlebigen Substanz bestimmt werden. In diesem Fall können Sie, nachdem Sie auf chemischem Wege ein radioaktives Isotop frei von Fremdverunreinigungen oder mit einer bekannten Menge an Verunreinigungen erhalten haben, die Probe wiegen und anhand der Avogadro-Zahl die Anzahl der darin enthaltenen Atome der radioaktiven Substanz bestimmen. Indem wir die Probe vor den Detektor für radioaktive Strahlung stellen und den Raumwinkel berechnen, in dem der Detektor von der Probe aus sichtbar ist, bestimmen wir den vom Detektor aufgezeichneten Strahlungsanteil. Bei der Messung der Strahlungsintensität sollte man ihre mögliche Absorption auf dem Weg zwischen Probe und Detektor sowie ihre Absorption in der Probe und die Detektionseffizienz berücksichtigen. So wird im Experiment die Anzahl der Kerne bestimmt n Zerfall pro Zeiteinheit:

wo N ist die Anzahl der in der radioaktiven Probe vorhandenen radioaktiven Kerne. Dann und .

2) Wenn der Wert ermittelt wird T 1/2 Für Substanzen, die mit einer Halbwertszeit von mehreren Minuten, Stunden oder Tagen zerfallen, ist es zweckmäßig, die Methode der Beobachtung der zeitlichen Änderung der Intensität der Kernstrahlung anzuwenden. Die Strahlungsregistrierung erfolgt dabei entweder mit einem Gaszähler oder einem Szintillationsdetektor. Die radioaktive Quelle wird in der Nähe des Tresens platziert, damit sie gegenseitiges Einverständnisänderte sich während des gesamten Versuchs nicht. Außerdem müssen solche Bedingungen geschaffen werden, unter denen mögliche Fehlberechnungen sowohl des Zählers selbst als auch des Aufzeichnungssystems ausgeschlossen sind. Messungen werden wie folgt durchgeführt. Die Anzahl der Impulse wird gezählt N0 für einige Zeit t(zB eine Minute). nach einiger Zeit t1 Impulse werden erneut gezählt N 1.Nach einiger Zeit t2 eine neue Nummer bekommen N2 usw.

Tatsächlich werden in diesem Experiment relative Messungen der Isotopenaktivität zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt. Das Ergebnis ist eine Reihe von Zahlen , , ..., , die zur Bestimmung der Halbwertszeit verwendet werden T 1/2.

Die erhaltenen experimentellen Werte werden nach Abzug des Hintergrunds in einem Diagramm (Abb. 3.3) aufgetragen, wobei auf der Abszissenachse die seit Beginn der Messungen verstrichene Zeit und der Logarithmus der Zahl aufgetragen sind . Entlang der eingezeichneten Versuchspunkte wird nach 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, dann ist die Linie eine Kurve.

Mit einem einzigen Zähler (oder Kamera) ist es schwierig, relativ lange Halbwertszeiten (mehrere Monate oder mehrere Jahre) zu messen. Allerdings sei am Anfang der Messungen die Zählrate gewesen N1 , und am Ende - N2. Dann ist der Fehler umgekehrt proportional zu ln( N1/N2). Das heißt, wenn sich während des Messzeitraums die Quellenaktivität unwesentlich ändert, dann N 1 und N2 werden nahe beieinander liegen und ln( N1/N2) wird viel weniger als die Einheit und der Fehler bei der Bestimmung sein T 1/2 wird super sein.

Somit ist klar, dass Halbwertsmessungen mit einem einzigen Zähler zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt werden müssen, dass ln (N1/N2) war größer als eins. In der Praxis sollten Beobachtungen für nicht mehr als gemacht werden 5T 1/2.

3) Messungen T 1/2 in wenigen Monaten oder Jahren ist es bequem, mit einer Differentialionisationskammer zu produzieren. Es besteht aus zwei Ionisationskammern, die so eingeschaltet sind, dass die Ströme in ihnen in die entgegengesetzte Richtung gehen und sich gegenseitig kompensieren (Abb. 3.4).

Das Verfahren zur Messung der Halbwertszeit ist wie folgt. In einer der Kammern (zB. K1) ein radioaktives Isotop mit bekannter Größe T 1/2(zum Beispiel 226 Ra, das hat T 1/2=1600 Jahre); für relativ eine kurze Zeit Messungen (mehrere Stunden oder Tage) ändert sich der Wert des Ionisationsstroms in dieser Kammer praktisch nicht. Zu einer anderen Kamera K 2) wird das zu untersuchende radioaktive Nuklid platziert. Mit Hilfe einer ungefähren Auswahl der Werte der Aktivitäten beider Präparate sowie ihrer geeigneten Platzierung in den Kammern kann sichergestellt werden, dass die Ionisationsströme in den Kammern zum Anfangszeitpunkt die gleich: Ich 1 \u003d Ich 2 \u003d Ich 0, d.h. Reststrom =0. Ist die gemessene Halbwertszeit relativ kurz und beträgt beispielsweise mehrere Monate oder Jahre, so fällt nach wenigen Stunden der Strom in der Kammer ab K 2 abnimmt, tritt ein Fehlerstrom auf: . Die Änderung der Ionisationsströme erfolgt gemäß den Halbwertszeiten:

Folglich,

Für die gemessenen Halbwertszeiten erhält man die Menge und nach Entwicklung in eine Reihe

Im Experiment messen wir ich 0 und t. Sie sind bereits definiert und

Die gemessenen Größen können mit zufriedenstellender Genauigkeit bestimmt werden, und folglich kann der Wert mit ausreichender Genauigkeit berechnet werden. T 1/2.

4) Bei der Messung kurzer Halbwertszeiten (Sekundenbruchteile) wird üblicherweise die Methode der verzögerten Koinzidenz verwendet. Sein Wesen kann am Beispiel der Bestimmung der Lebensdauer des angeregten Zustands des Kerns gezeigt werden.

Lassen Sie den Kern ABER als Folge von -Zerfall verwandelt sich in einen Kern B, das sich in einem angeregten Zustand befindet und seine Anregungsenergie in Form von zwei -Quanten abgibt, die nacheinander in Reihe gehen. Zuerst wird ein Quant emittiert, dann ein Quant (siehe Abb. 3.5).

In der Regel gibt ein angeregter Kern überschüssige Energie nicht sofort ab, sondern nach einer gewissen (wenn auch sehr kurzen) 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. Dazu ein Präparat, das radioaktive Kerne enthält ABER, wird zwischen zwei Zähler gelegt (besser Szintillationszähler 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. Die Emissionszeit des zweiten Quants relativ zum ersten wird für verschiedene Kerne nicht immer gleich sein B. Die Entladung angeregter Kernzustände ist statistischer Natur und gehorcht dem Gesetz des radioaktiven Zerfalls.

Um die Lebensdauer des Niveaus zu bestimmen, ist es daher notwendig, seine Entladung über die Zeit zu verfolgen. Dazu fügen wir eine variable Verzögerungsleitung 2 in den linken Kanal der Koinzidenzschaltung 1 ein , die jeweils den im linken Detektor entstehenden Puls aus dem Quant um einige Zeit t 3 verzögern. Der Puls, der im rechten Detektor aus dem Quant entsteht, tritt direkt in den Koinzidenzblock ein. Die Anzahl der übereinstimmenden Impulse wird von der Zählschaltung 3 erfasst. Durch Messen der Anzahl der übereinstimmenden Impulse als Funktion der Verzögerungszeit erhält man eine Entladungskurve der Stufe I ähnlich der Kurve in Abb. 3.3. Daraus bestimmt sich die Lebensdauer der Stufe I. Mit der Methode der verzögerten Koinzidenzen kann man die Lebensdauer im Bereich von 10 -11 -10 -6 s bestimmen.

Halbwertszeit

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

Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass alle im Anfangsmoment aufgenommenen Teilchen in zwei Halbwertszeiten zerfallen. Da jede Halbwertszeit die Anzahl der überlebenden Teilchen halbiert, ist in Zeit 2 T½ bleibt ein Viertel der ursprünglichen Teilchenzahl, für 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 mittlere Lebensdauer und die Zerfallskonstante hängen durch die folgenden Beziehungen zusammen, die aus dem Gesetz des radioaktiven Zerfalls abgeleitet werden:

Seit ist die Halbwertszeit etwa 30,7 % kürzer als die durchschnittliche Lebensdauer.

In der Praxis wird die Halbwertszeit bestimmt, indem die Aktivität des Studienmedikaments in regelmäßigen Abständen gemessen wird. Da die Aktivität des Medikaments proportional zur Anzahl der Atome der zerfallenden Substanz ist und wir das Gesetz des radioaktiven Zerfalls anwenden, können wir die Halbwertszeit berechnen gegebene Substanz.

Beispiel

Falls vorgesehen für dieser Moment Zeit, die Anzahl der Kerne, die zur radioaktiven Umwandlung befähigt sind N, und das Zeitintervall danach t 2 - t 1, wo t 1 und t 2 - ziemlich enge Zeiten ( t 1 < t 2) und die Anzahl der Zerfälle Atomkerne während dieser Zeit n, dann n = KN(t 2 - t eines). Wo ist der Proportionalitätskoeffizient K = 0,693/T½ wird als Zerfallskonstante bezeichnet. Wenn wir den Unterschied akzeptieren ( t 2 - t 1) gleich eins, das heißt, das Beobachtungszeitintervall ist dann gleich eins K = n/N und folglich zeigt die Zerfallskonstante den Bruchteil der verfügbaren Anzahl von Atomkernen, die pro Zeiteinheit zerfallen. Folglich findet der Zerfall so statt, dass pro Zeiteinheit der gleiche Bruchteil der verfügbaren Anzahl von Atomkernen zerfällt, was das Gesetz des exponentiellen Zerfalls bestimmt.

Die Werte der Halbwertszeiten für verschiedene Isotope sind unterschiedlich; für einige, besonders schnell zerfallende, kann die Halbwertszeit gleich millionstel Sekunden sein, und für einige Isotope, wie Uran-238 und Thorium-232, beträgt sie jeweils 4,498 10 9 und 1,389 10 10 Jahre. Es ist einfach, die Anzahl der Uran-238-Atome zu zählen, die eine Umwandlung in einer bestimmten Menge Uran durchlaufen, beispielsweise ein Kilogramm in einer Sekunde. Die Menge eines Elements in Gramm, numerisch gleich dem Atomgewicht, enthält, wie Sie wissen, 6,02·10 23 Atome. Also nach obiger Formel n = KN(t 2 - t 1) Finden Sie die Anzahl der Uranatome, die in einem Kilogramm in einer Sekunde zerfallen, wobei Sie bedenken, dass es 365 * 24 * 60 * 60 Sekunden in einem Jahr gibt,

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

Somit ist von der verfügbaren Uranmenge ihr Bruchteil gleich

Zurück zum Grundgesetz des radioaktiven Zerfalls KN(t 2 - t 1), also darauf, dass von der verfügbaren Anzahl von Atomkernen nur ein und derselbe Bruchteil von ihnen pro Zeiteinheit zerfällt, und in Anbetracht der völligen Unabhängigkeit der Atomkerne in jeder Substanz voneinander, wir können sagen, dass dieses Gesetz in dem Sinne statistisch ist, dass es nicht genau angibt, welche Atomkerne in einem bestimmten Zeitraum zerfallen werden, sondern nur über ihre Anzahl Auskunft gibt. Zweifellos bleibt dieses Gesetz nur für den Fall gültig, dass die verfügbare Kernzahl sehr groß ist. Einige der Atomkerne werden im nächsten Moment zerfallen, während andere Kerne viel später Umwandlungen erfahren werden, so dass das Gesetz des radioaktiven Zerfalls möglicherweise nicht vollständig erfüllt ist, wenn die verfügbare Anzahl radioaktiver Atomkerne relativ gering ist.

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 Zerfallsrate berechnet. Die Anzahl der zerfallenen Atome wird nach der Formel berechnet

Die letzte Formel gilt nur, wenn der betrachtete Zeitraum (hier 1 Sekunde) deutlich kleiner 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:

Partielle Halbwertszeit

Wenn ein System mit einer Halbwertszeit T 1/2 kann durch mehrere Kanäle abklingen, für jeden von ihnen ist es möglich, zu bestimmen partielle Halbwertszeit. Lassen Sie die Zerfallswahrscheinlichkeit durch ich-ten Kanal (Verzweigungsfaktor) gleich ist Pi. Dann die partielle Halbwertszeit von ich-ten Kanal ist gleich

Teilweise hat die Bedeutung der Halbwertszeit, die ein bestimmtes System haben würde, wenn alle Zerfallskanäle mit Ausnahme von "abgeschaltet" wären ich th. Da per Definition dann für jeden Abklingkanal.

Stabilität der Halbwertszeit

In allen beobachteten Fällen (mit Ausnahme einiger durch Elektroneneinfang zerfallender Isotope) war die Halbwertszeit konstant (separate Berichte über eine Änderung der Periode wurden durch unzureichende experimentelle Genauigkeit verursacht, insbesondere durch unvollständige Reinigung von hochaktiven Isotopen). In dieser Hinsicht wird die Halbwertszeit als unverändert angesehen. Auf dieser Grundlage wird die Bestimmung des absoluten geologischen Alters von Gesteinen sowie die Radiokohlenstoffmethode zur Altersbestimmung biologischer Überreste aufgebaut.

Die Annahme der Variabilität der Halbwertszeit wird von Kreationisten sowie Vertretern der sogenannten. "alternative Wissenschaft", um die wissenschaftliche Datierung von Gesteinen, Überresten von Lebewesen und historischen Funden zu widerlegen, um sie weiter zu widerlegen Wissenschaftliche Theorien konstruiert unter Verwendung einer solchen Datierung. (Siehe zum Beispiel die Artikel Kreationismus, Wissenschaftlicher Kreationismus, Kritik des Evolutionismus, Grabtuch von Turin).

Die Variabilität der Zerfallskonstante für den Elektroneneinfang wurde experimentell beobachtet, liegt jedoch im gesamten Bereich der im Labor verfügbaren Drücke und Temperaturen innerhalb eines Prozentsatzes. Die Halbwertszeit ändert sich in diesem Fall aufgrund einer (eher schwachen) Abhängigkeit der Dichte der Wellenfunktion von Orbitalelektronen in der Nähe des Kerns von Druck und Temperatur. Signifikante Änderungen der Zerfallskonstante wurden auch für stark ionisierte Atome beobachtet (so dass im Grenzfall eines vollständig ionisierten Kerns ein Elektroneneinfang nur dann erfolgen kann, wenn der Kern mit freien Plasmaelektronen wechselwirkt; außerdem Zerfall, der für neutral zugelassen ist Atome, teilweise für stark ionisierte Atome kinematisch verboten werden). Alle diese Möglichkeiten zur Änderung der Zerfallskonstanten können natürlich nicht verwendet werden, um die radiochronologische Datierung zu „widerlegen“, da der Fehler der radiochronometrischen Methode selbst für die meisten Chronometerisotope mehr als ein Prozent beträgt und hochionisierte Atome darin enthalten sind natürliche Objekte auf der Erde kann nicht lange bestehen.

Die Suche nach möglichen Schwankungen der Halbwertszeiten radioaktiver Isotope, sowohl gegenwärtig als auch über Jahrmilliarden, ist interessant im Zusammenhang mit der Hypothese von Schwankungen in den Werten physikalischer Naturkonstanten (Feinstrukturkonstante, Fermikonstante, etc.). Sorgfältige Messungen haben jedoch noch keine Ergebnisse erbracht - innerhalb des experimentellen Fehlers wurden keine Änderungen der Halbwertszeiten gefunden. So wurde gezeigt, dass sich die α-Zerfallskonstante von Samarium-147 über 4,6 Milliarden Jahre um nicht mehr als 0,75 % änderte und für den β-Zerfall von Rhenium-187 die Änderung während der gleichen Zeit nicht mehr als 0,5 % betrug. ; in beiden Fällen stimmen die Ergebnisse überhaupt nicht überein.

siehe auch

Anmerkungen

Wikimedia-Stiftung. 2010 .

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Merenra I

Sehen Sie, was "Halbwertszeit" in anderen Wörterbüchern ist:

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

HALBWERTSZEIT- ein Zeitraum, in dem sich die anfängliche Anzahl radioaktiver Kerne im Durchschnitt halbiert. In Anwesenheit von N0 radioaktiven Kernen zum Zeitpunkt t=0 nimmt ihre Anzahl N mit der Zeit gemäß dem Gesetz ab: N=N0e lt, wobei l die radioaktive Zerfallskonstante ist … Physikalische Enzyklopädie

HALBWERTSZEIT ist die Zeit, die es dauert, bis die Hälfte des ursprünglichen radioaktiven Materials oder Pestizids zersetzt ist. Ökologisches Lexikon. Chisinau: Hauptausgabe des Moldavian Sowjetische Enzyklopädie. ich.ich Opa. 1989... Ökologisches Lexikon

HALBWERTSZEIT- Zeitintervall T1/2, in dem sich die Zahl der instabilen 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, während der die Aktivität der radioaktiven Quelle auf den halben Wert abfällt. [System zerstörungsfreie Prüfung. Arten (Methoden) und Technologie der zerstörungsfreien Prüfung. Begriffe und Definitionen (Referenzhandbuch). Moskau 2003]… … Handbuch für technische Übersetzer

Die wichtigste Eigenschaft eines Radionuklids ist neben anderen Eigenschaften seine Radioaktivität, dh die Anzahl der Zerfälle pro Zeiteinheit (die Anzahl der Kerne, die in 1 Sekunde zerfallen).

Die Einheit der Aktivität eines radioaktiven Stoffes ist das Becquerel (Bq). 1 Becquerel = 1 Zerfall pro Sekunde.

Bisher wird noch eine systemfremde Aktivitätseinheit einer radioaktiven Substanz, das Curie (Ci), verwendet. 1 Ki \u003d 3,7 * 1010 Bq.

Halbwertszeit eines radioaktiven Stoffes

Folie Nummer 10

Halbwertszeit (T1 / 2) - ein Maß für die Rate des radioaktiven Zerfalls einer Substanz - die Zeit, die es dauert, bis die Radioaktivität einer Substanz um die Hälfte abnimmt, oder die Zeit, die es dauert, bis die Hälfte der Kerne in der Substanz zerfallen ist .

Nach einer Zeit, die einer Halbwertszeit des Radionuklids entspricht, nimmt seine Aktivität um die Hälfte des Anfangswertes ab, nach zwei Halbwertszeiten - um das Vierfache und so weiter. Die Berechnung zeigt, dass nach einer Zeit, die zehn Halbwertszeiten des Radionuklids entspricht, seine Aktivität um etwa das Tausendfache abnehmen wird.

Die Halbwertszeiten verschiedener radioaktiver Isotope (Radionuklide) reichen von Bruchteilen einer Sekunde bis zu Milliarden von Jahren.

Folie Nummer 11

Radioaktive Isotope mit Halbwertszeiten von weniger als einem Tag oder Monaten werden als kurzlebig bezeichnet, und mehr als ein paar Monate bis Jahre werden als langlebig bezeichnet.

Folie Nummer 12

Arten ionisierender Strahlung

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

Wir werden die Prozesse der Alpha-, Beta- und Gammastrahlung betrachten. Sie alle treten beim Zerfall von Atomkernen radioaktiver Isotope von Elementen auf.

Folie Nummer 13

Alpha-Strahlung

Alphateilchen sind positiv geladene Heliumkerne mit hoher Energie.

Folie Nummer 14

Ionisation 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 ziehen. 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, das zu Beginn seiner Bewegung beispielsweise eine Energie von 5.000.000 eV hat, zur Quelle der Erzeugung von mehr als 100.000 Ionen werden, bevor es in einen Ruhezustand übergeht.

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

Ein Alpha-Teilchen verliert einen kleinen Bruchteil seiner ursprünglichen Energie für jedes Elektron, das es von den Materieatomen nimmt, während es es durchdringt. Die kinetische Energie des Alpha-Teilchens und seine Geschwindigkeit nehmen kontinuierlich ab. Wenn die gesamte kinetische Energie aufgebraucht ist, kommt das Alpha-Teilchen zur Ruhe. In diesem Moment fängt es zwei Elektronen ein und verliert, nachdem es sich in ein Heliumatom verwandelt hat, seine Fähigkeit, Materie zu ionisieren.

Folie Nummer 15

Beta-Strahlung

Betastrahlung ist der Vorgang, bei dem Elektronen direkt aus dem Kern eines Atoms emittiert werden. Ein Elektron in einem 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 Beta-Teilchen

Ein B-Teilchen schlägt eines der Orbitalelektronen eines stabilen chemischen Elements aus. Diese beiden Elektronen haben die gleiche elektrische Ladung und Masse. Daher stoßen sich die Elektronen, nachdem sie sich getroffen haben, gegenseitig ab und ändern ihre anfängliche 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 wie das Licht der Sonne eine elektromagnetische Welle. Gammastrahlung ist elektromagnetische (Photonen-)Strahlung, die aus Gammaquanten besteht und beim Übergang von Kernen vom angeregten Zustand in den Grundzustand bei Kernreaktionen oder Teilchenvernichtung emittiert wird. Diese Strahlung hat eine hohe Durchschlagskraft, da sie eine viel kürzere Wellenlänge als Licht und Radiowellen hat. Die Energie der Gammastrahlung kann große Werte erreichen, und die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Gammastrahlen ist gleich der Lichtgeschwindigkeit. Gammastrahlung geht in der Regel mit Alpha- und Betastrahlung einher, da es in der Natur praktisch keine Atome gibt, die nur Gammastrahlen aussenden. Gammastrahlung ist Röntgenstrahlung ähnlich, unterscheidet sich jedoch von ihr in der Natur des Ursprungs, der elektromagnetischen Wellenlänge und der Frequenz.

Halbwertszeit

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

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

Manchmal wird die Halbwertszeit auch Zerfallshalbwertszeit genannt.

Beispiel

Wenn wir für einen bestimmten Zeitpunkt die Anzahl der Kerne bezeichnen, die zur radioaktiven Umwandlung befähigt sind N, und das Zeitintervall danach t 2 - t 1, wo t 1 und t 2 - ziemlich enge Zeiten ( t 1 < t 2) und die Zahl der zerfallenen Atomkerne in diesem Zeitraum durch n, dann n = KN(t 2 - t eines). Wo ist der Proportionalitätskoeffizient K = 0,693/T½ wird als Zerfallskonstante bezeichnet. Wenn wir den Unterschied akzeptieren ( t 2 - t 1) gleich eins, das heißt, das Beobachtungszeitintervall ist dann gleich eins K = n/N und folglich zeigt die Zerfallskonstante den Bruchteil der verfügbaren Anzahl von Atomkernen, die pro Zeiteinheit zerfallen. Folglich findet der Zerfall so statt, dass pro Zeiteinheit der gleiche Bruchteil der verfügbaren Anzahl von Atomkernen zerfällt, was das Gesetz des exponentiellen Zerfalls bestimmt.

Die Werte der Halbwertszeiten für verschiedene Isotope sind unterschiedlich; für einige, besonders schnell zerfallende, kann die Halbwertszeit gleich millionstel Sekunden sein, und für einige Isotope, wie Uran 238 und Thorium 232, beträgt sie jeweils 4,498 * 10 9 und 1,389 * 10 10 Jahre. Es ist einfach, die Anzahl der Uran-238-Atome zu zählen, die in einer bestimmten Menge Uran umgewandelt werden, beispielsweise ein Kilogramm in einer Sekunde. Die Menge eines Elements in Gramm, numerisch gleich dem Atomgewicht, enthält, wie Sie wissen, 6,02 * 10 23 Atome. Also nach obiger Formel n = KN(t 2 - t 1) Finden Sie die Anzahl der Uranatome, die in einem Kilogramm in einer Sekunde zerfallen, wobei Sie bedenken, dass es 365 * 24 * 60 * 60 Sekunden in einem Jahr gibt,

Somit ist von der verfügbaren Uranmenge ihr Bruchteil gleich

Partielle Halbwertszeit

Stabilität der Halbwertszeit

Die Annahme der Variabilität der Halbwertszeit wird von Kreationisten sowie Vertretern der sogenannten. "alternative Wissenschaft", um die wissenschaftliche Datierung von Gesteinen, Überresten von Lebewesen und historischen Funden zu widerlegen, um die wissenschaftlichen Theorien, die auf der Grundlage solcher Datierungen aufgebaut wurden, weiter zu widerlegen. (Siehe zum Beispiel die Artikel Kreationismus, Wissenschaftlicher Kreationismus, Kritik des Evolutionismus, Grabtuch von Turin).

Die Variabilität der Zerfallskonstante für den Elektroneneinfang wurde experimentell beobachtet, liegt jedoch im gesamten Bereich der im Labor verfügbaren Drücke und Temperaturen innerhalb eines Prozentsatzes. Die Halbwertszeit ändert sich in diesem Fall aufgrund einer (eher schwachen) Abhängigkeit der Dichte der Wellenfunktion von Orbitalelektronen in der Nähe des Kerns von Druck und Temperatur. Signifikante Änderungen der Zerfallskonstante wurden auch für stark ionisierte Atome beobachtet (so dass im Grenzfall eines vollständig ionisierten Kerns ein Elektroneneinfang nur dann erfolgen kann, wenn der Kern mit freien Plasmaelektronen wechselwirkt; außerdem Zerfall, der für neutral zugelassen ist Atome, teilweise für stark ionisierte Atome kinematisch verboten werden). Alle diese Möglichkeiten zur Änderung der Zerfallskonstanten können natürlich nicht verwendet werden, um die radiochronologische Datierung zu „widerlegen“, da der Fehler der radiochronometrischen Methode selbst bei den meisten Isotopenchronometern mehr als ein Prozent beträgt und hochionisierte Atome in natürlichen Objekten auf der Erde dies nicht können gibt es schon lange. .

Bestimmung der Halbwertszeit eines radioaktiven langlebigen Kaliumisotops

Zielsetzung: Die Untersuchung des Phänomens der 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;

Ein Referenzpräparat (ein Aktivitätsmaß) mit bekannter K-40-Aktivität.

Theoretischer Teil

Aktuell bekannt große Menge Isotope aller chemische Elemente, deren Kerne sich spontan ineinander umwandeln können. Bei Transformationen emittiert der Kern eine oder mehrere Arten sogenannter ionisierender Teilchen - Alpha (α), Beta (β) und andere sowie Gamma-Quanten (γ). Dieses Phänomen wird als radioaktiver Zerfall des Kerns bezeichnet.

Radioaktiver Zerfall ist wahrscheinlicher Natur und hängt nur von den Eigenschaften der zerfallenden und sich bildenden Kerne ab. Äußere Faktoren (Erhitzung, Druck, Feuchtigkeit usw.) haben keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit des radioaktiven Zerfalls. Die Radioaktivität von Isotopen ist auch praktisch unabhängig davon, ob sie drin sind reiner Form oder Teil einer chemischen Verbindung sind. Radioaktiver 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 in einer bestimmten Zeit angeben.

Der spontane Zerfall radioaktiver Kerne erfolgt nach dem Gesetz der radioaktiven Zerfallskinetik, nach dem die Anzahl der Kerne dN(t), zerfällt in unendlich kurzer Zeit dt, proportional zur Anzahl der zu diesem Zeitpunkt vorhandenen instabilen Kerne t in einer gegebenen Strahlungsquelle (Messprobe):

In Formel (1) wird der Proportionalitätskoeffizient λ genannt Abklingkonstante 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 Teilen Kerne, die in einer bestimmten Quelle in kurzer Zeit zerfallen dt. Die Zerfallskonstante ist eine dimensionale Größe. Seine Dimension im SI-System ist s -1.

Wert ABER(t) in Formel (1) ist an sich wichtig. Es ist das wichtigste quantitative Merkmal einer bestimmten Probe als Strahlungsquelle und wird als seine bezeichnet Aktivität . Die physikalische Bedeutung der Quellenaktivität ist die Anzahl instabiler Kerne, die in einer gegebenen Strahlungsquelle pro Zeiteinheit zerfallen. Die Maßeinheit der Aktivität im SI-System ist Becquerel(Bq) - entspricht dem Zerfall eines Kerns pro Sekunde. In der Fachliteratur gibt es eine Off-System-Einheit zur Aktivitätsmessung - Curie (Ci) . 1 Ci ≈ 3,7 10 10 Bq.

Ausdruck (1) ist eine Aufzeichnung des Gesetzes der radioaktiven Zerfallskinetik in Differentialform. In der Praxis ist es manchmal bequemer, eine andere (integrale) Form des radioaktiven Zerfallsgesetzes anzuwenden. Durch Lösen der Differentialgleichung (1) erhalten wir:

, (2)

wo N(0) ist die Anzahl instabiler Kerne in der Probe zum Anfangszeitpunkt (t = 0); N(t) ist die durchschnittliche Anzahl instabiler Kerne zu einem bestimmten Zeitpunkt t>0.

Somit nimmt die Anzahl instabiler Kerne in jeder Strahlungsquelle im Durchschnitt gemäß einem Exponentialgesetz mit der Zeit ab. Abbildung 1 zeigt den Verlauf der zeitlichen Änderung der mittleren Kernzahl, der nach dem Gesetz des radioaktiven Zerfalls auftritt. Dieses Gesetz lässt sich nur auf eine große Zahl radioaktiver Kerne anwenden. Bei einer geringen Anzahl zerfallender Kerne werden signifikante statistische Schwankungen um den Mittelwert herum beobachtet N(t).

Abbildung 1. Radionuklid-Zerfallskurve.

Multiplizieren beider Seiten von (2) mit der Konstante λ und das gegeben N(t)· λ = EIN(t), wir erhalten das Gesetz der Änderung der Aktivität der Strahlungsquelle im Laufe der Zeit

. (3)

Als integrale Zeiteigenschaft eines Radionuklids wird eine Größe namens its 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:

woraus wir das Verhältnis zwischen der Halbwertszeit des Radionuklids erhalten 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 gemessenen Probe A und der Anzahl instabiler Kerne in Beziehung setzt N K-40 Radionuklid
in diesem Beispiel enthalten

. (5)

Ausdruck (5) ist die Hauptarbeitsformel dieser Aufgabe. Daraus folgt, dass nach Zählung der Anzahl der Kerne des Radionuklids
in einer Arbeitsmessprobe und durch die Bestimmung der K-40-Aktivität in der Probe wird es möglich sein, die Halbwertszeit des langlebigen Radionuklids K-40 zu finden und damit die Aufgabe der Laborarbeit abzuschließen.

Beachten wir einen wichtigen Punkt. Wir berücksichtigen, dass gemäß den Auftragsbedingungen im Voraus bekannt ist, dass die Halbwertszeit T 1/2 Radionuklid
viel längere Beobachtungszeit Δ T für eine gemessene Probe in diesem Labor (Δ T/ T 1/2 <<1) . Daher kann man 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 als konstante Werte betrachten:

Bestimmung der Anzahl von K-40-Kernen 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 das Radionuklid
, dessen Massenanteil in natürlichem Kalium 0,0119 % beträgt (relativ Prävalenz η = 0,000119) , ist instabil.

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

Vollständige Nummer N K Atome von natürlichem Kalium in einer gemessenen Probe enthalten m Gramm (vom Lehrer angegeben) Kaliumchlorid ergibt sich aus dem Verhältnis

wo M KCl = 74,5 g/Mol ist die Molmasse von KCl;

N EIN = 6,02 10 23 Maulwurf -1 ist die Avogadro-Konstante.

Daher unter Berücksichtigung der relativen Häufigkeit 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 die Kerne des Radionuklids K-40 zwei Arten von Kernumwandlungen durchlaufen können:

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

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

Der geborene 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:

Austrittswahrscheinlichkeiten ν β und ν γ genannt relative Ausbeute an β-Teilchen und γ-Quanten pro Kernzerfall , beziehungsweise. Fig. 2 zeigt ein Diagramm des Zerfalls von K-40, das das Obige 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 wird ein Messaufbau verwendet, der β-Teilchen registriert, die den Zerfall der Kerne des Radionuklids K-40 begleiten, die Teil der gemessenen Probe sind.

Das Blockschaltbild des Messaufbaus ist in Bild 3 dargestellt.

Abbildung 3. Blockschaltbild des Messaufbaus.

1 - Küvette mit einer gemessenen Probe KCl;

2 - Geiger-Müller-Zähler;

3 - Hochspannungsblock;

4 – Impulsformer;

5 – Impulszähler;

6 - Timer.

Betrachten wir den Prozess der Registrierung von Beta-Partikeln, die in einer gemessenen Probe (Strahlungsquelle) durch ein Messgerät gebildet werden.

Wir bezeichnen die unbekannte Aktivität des K-40-Radionuklids in einer gemessenen Probe als EIN x. Das bedeutet, dass jede Sekunde in der Probe im Durchschnitt abklingt. EIN x Kerne des Radionuklids K-40;

Die Strahlungsregistrierung wird für einige Zeit des Betriebs der Anlage durchgeführt t ismus. Offensichtlich wird die Probe während dieser Zeit im Durchschnitt zerfallen, EIN x t ismus Kerne;

Unter Berücksichtigung der relativen Ausbeute an Beta-Partikeln pro Kernzerfall wird die Anzahl der Beta-Partikel, die während des Betriebs der Anlage in der Probe produziert werden, gleich sein EIN x t ismus ·ν β ;

Da die Quelle eine endliche Größe hat, werden einige der Beta-Teilchen vom Material der Quelle selbst absorbiert. Wahrscheinlichkeit Q Die Absorption eines in einer Quelle erzeugten Betateilchens durch das Material der Quelle selbst wird als Strahlbezeichnet. Daraus folgt, dass im Durchschnitt EIN x t ismus ·ν β ·(eines-Q) Beta-Teilchen;

Nur ein kleiner Bruchteil G aller aus der Quelle austretenden Betateilchen, die von der Größe und relativen Position der Probe und des Detektors abhängt. Die verbleibenden Partikel fliegen am Detektor vorbei. Änderung G wird geometrischer Faktor des "Detektor-Probe"-Systems genannt. Folglich ist die Gesamtzahl der Betateilchen, die während des Betriebs des Aufbaus aus der Probe in das Arbeitsvolumen des Detektors gefallen sind, gleich EIN x t ismus ·ν β ·(eines-Q)· G;

Aufgrund der Besonderheiten des Betriebs von Detektoren für ionisierende Strahlung jeglicher Art (einschließlich Geiger-Müller-Detektoren) nur ein bestimmter Anteil ε (Nachweiseffizienz des Detektors genannt) von Partikeln, die den Detektor passieren, initiiert einen elektrischen Impuls an seinem Ausgang. Der Detektor „bemerkt“ die restlichen Teilchen nicht. Diese elektrischen Impulse werden von der elektronischen Schaltung der Messeinrichtung verarbeitet und von deren Zählgerät erfasst. Somit registriert das Zählgerät während des Betriebs der Anlage "nützliche" Ereignisse (Impulse), die durch den Zerfall von K-40-Kernen in einer gemessenen Probe verursacht werden;

Gleichzeitig mit Beta-Partikeln aus einer gemessenen Probe -
- die Messeinheit registriert auch einen bestimmten Betrag - - die sogenannten Hintergrundpartikel, bedingt durch die natürliche Radioaktivität der umgebenden Bausubstanz, Baustoffe, Höhenstrahlung etc.

Also die Gesamtzahl der Ereignisse n X, registriert vom Messgerät der Messanlage bei der Messung einer gemessenen Probe mit unbekannter Aktivität ABER X für eine Zeit t ismus, kann dargestellt werden als

Korrekte Abrechnung von Korrekturen Q, G und ε , enthalten in Formel (7), ist im allgemeinen Fall sehr kompliziert. Daher wird es in der Praxis oft verwendet relativ Aktivitätsmessverfahren . Die Durchführung dieses Verfahrens ist in Gegenwart einer Referenzquelle radioaktiver Strahlung (exemplarisches Aktivitätsmaß) mit bekannter Aktivität möglich ABER E, die dieselbe Form und Größe haben und dasselbe Radionuklid enthalten wie die Testprobe. In diesem Fall werden alle Korrekturfaktoren - ν β , Q, G, ε - für Test- und Referenzpräparate gleich sein.

Als beispielhaftes Aktivitätsmaß kann ein Ausdruck ähnlich dem Ausdruck (7) für die Testprobe geschrieben werden

Wenn wir die Messzeit von Test- und Referenzmuster gleich wählen, dann drückt sich das Produkt aus
aus Formel (8) und Einsetzen dieses Ausdrucks in Formel (7) erhält man einen Ausdruck zur praktischen Bestimmung der Aktivität der Testprobe A X

, Bq , (9)

wo ABER E– Aktivität der beispielhaften Maßnahme, Bq;

n X ist die Anzahl der während der Messung der Testprobe aufgezeichneten Ereignisse;

n E– die Anzahl der während der Messung der Referenzmessung registrierten Ereignisse;

n F ist die Anzahl der während der Hintergrundmessung registrierten 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. Führen Sie mindestens 5 Mal eine Hintergrundmessung durch. Die Ergebnisse jeder (i - ten) Messung -

3. Besorgen Sie sich eine Messprobe vom Ausbilder. Erkundigen Sie sich bei Ihrem Ausbilder nach der Menge an Kaliumchlorid in der Messprobe. Berechnen Sie unter Verwendung von Formel (6) die Anzahl der K-40-Radionuklidkerne in einer gemessenen Probe.

4. Legen Sie eine gemessene Probe unter das Arbeitsfenster des Detektors und messen Sie die Probe mindestens 5 Mal. Die Ergebnisse jeder Messung - - in das Arbeitsblatt eintragen.

5. Holen Sie sich vom Lehrer ein beispielhaftes Maß, geben Sie den Wert der Aktivität des K-40-Radionuklids darin an.

6. Platzieren Sie ein Maßband unter dem Arbeitsfenster des Detektors und messen Sie es mindestens 5 Mal. Die Ergebnisse jeder Messung - Tragen Sie in Arbeitsblatt 1 ein.

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

8. Berechnen Sie gemäß der Formel (5) für jede i-te Zeile der Arbeitstabelle den Wert der Halbwertszeit -
- Radionuklid K-40.

9. Bestimmen Sie das arithmetische Mittel der Halbwertszeit

und eine Schätzung der Standardabweichung

wobei L der Stichprobenumfang ist (Anzahl der Messungen, z. B. L = 5).

Der Wert der Halbwertszeit des Radionuklids K-40, der als Ergebnis der Laborarbeit erhalten wurde, sollte geschrieben werden als:

, Jahre,

wo t p , L -1 ist der entsprechende Student-Koeffizient (siehe Tabelle 2), und

- quadratischer Fehler des arithmetischen Mittels.

10. Verwendung des resultierenden Halbwertszeitwertes
Schätzen Sie die Werte der Zerfallskonstante ab λ und durchschnittliche Lebensdauer des Kerns τ = 1/λ Radionuklid
.

11. Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit Referenzwerten.

Tabelle 1. Arbeitstabelle der Ergebnisse.

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

L-1	P
L-1

Testfragen

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? Was sind die Einheiten zur Messung der Aktivität?

4. Nach welchem Gesetz ändert sich die Quellaktivität im Laufe der Zeit?

5. Was ist die Zerfallskonstante, Halbwertszeit und durchschnittliche Lebensdauer eines Radionuklidkerns? Einheiten ihrer Messung. Schreiben Sie Ausdrücke auf, die sich auf diese Größen beziehen.

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 enthält, wurden 250 Impulse innerhalb von 1 Minute und 1 Stunde nach Beginn der ersten Messung 90 Impulse pro 1 Minute aufgezeichnet. Bestimmen Sie die Zerfallskonstante und die Halbwertszeit des Radionuklids, wenn der Hintergrund des Messaufbaus vernachlässigt werden kann.

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

9. Erklären Sie die physikalische Bedeutung der Begriffe: Effizienz der Detektion nuklearer Teilchen durch einen Detektor; geometrischer Faktor der Messeinrichtung; Strahlungs-Selbstabsorptionskoeffizient.

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

11. Welchen Wert hat die Halbwertszeit eines Radionuklids, wenn die Aktivität seines Medikaments innerhalb von 5 Stunden um das 16-fache abgenommen hat?

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

13. Welche Form hat das Energiespektrum von β + - Strahlung und β - - Strahlung?

14. Kann man die Aktivität einer Probe bestimmen, indem man die Intensität ihrer Neutrino- (Antineutrino-)Strahlung misst?

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

16. Von welchen Faktoren hängt in dieser Arbeit der quadratische Mittelwertfehler bei der Bestimmung der Halbwertszeit von K-40 ab?

Beispiel Problemlösung

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

Lösung.

Wirkstoffaktivität A = Q/t = 6,78 10 5 /100 = 6,78 10 3 , dist/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 die Avogadro-Zahl ist.

Abklingkonstante λ = EIN/ N 239 = 6,78 10 3 /6,75 10 15 = 1,005 10 -12 , mit -1 .

Halbwertszeit

T 1/2 = ln2/λ = 6,91 · 10 11 c.

Empfohlene Literatur.

1. Abramow, Alexander Iwanowitsch. Grundlagen der experimentellen Methoden der Kernphysik: Ein Lehrbuch für Studenten. Universitäten / K.I. Abramov, Yu.A., Kazansky, E.S. Matusevich, 3. Aufl., überarbeitet. und zusätzlich - M.: Energoatomizdat, 1985 .- 487 p.

2. Aliyev, Ramiz Avtandilovich. Radioaktivität: [Lehrbuch für Studenten. Universitäten, Bildung in Richtung HPE 020100 (Master of Chemistry) und der Vertiefungsrichtung HPE 020201 - „Grundlegende und Angewandte Chemie“] / R.A. Aliev, S.N. Kalmykov - St. Petersburg; Moskau; Krasnodar: Lan, 2013 .- 301 p.

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 Herstellung von Präparaten und zur Verarbeitung der Ergebnisse von Radioaktivitätsmessungen / V.I. Korobkov, V.B. Lukyanov.- M.: Atomizdat, 1973.- 216 p.