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).
Aktivitätseinheit radioaktive Substanz- 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
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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.
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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.
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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. Alle von ihnen treten im Zerfall auf Atomkerne radioaktive Isotope von Elementen.
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Alpha-Strahlung
Alphateilchen sind positiv geladene Heliumkerne mit hoher Energie.
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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.
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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.
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Ionisierung von Materie durch ein Beta-Teilchen
B-Teilchen schlägt eines der Orbitalelektronen des Stalls aus Chemisches Element. 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.
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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.
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 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,
.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 insofern statistisch ist, als 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.
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.
Um die Zerfallsgeschwindigkeit radioaktiver Elemente zu charakterisieren, wird ein spezieller Wert verwendet - die Halbwertszeit. Für jeden radioaktives Isotop Es gibt ein bestimmtes Zeitintervall, in dem die Aktivität um die Hälfte reduziert wird. Dieses Zeitintervall wird als Halbwertszeit bezeichnet.
Die Halbwertszeit (T½) ist die Zeit, in der die Hälfte der ursprünglichen Anzahl radioaktiver Kerne zerfällt. Die Halbwertszeit ist ein streng individueller Wert für jedes Radioisotop. Das gleiche Element kann haben verschiedene Perioden Halbwertszeit. Erhältlich mit Halbwertszeiten von Bruchteilen einer Sekunde bis zu Milliarden von Jahren (von 3x10-7 s bis 5x1015 Jahre). Für Polonium-214 ist T½ also gleich 1,6 · 10-4 s, für Cadmium-113 - 9,3x1015 Jahre. Radioaktive Elemente werden in kurzlebige Elemente unterteilt (die Halbwertszeit wird in Stunden und Tagen berechnet) - Radon-220 - 54,5 s, Wismut-214 - 19,7 min, Yttrium-90 - 64 Stunden, Strontium - 89 - 50,5 Tage und lang- gelebt (Halbwertszeit wird in Jahren berechnet) - Radium - 226 - 1600 Jahre, Plutonium-239 - 24390 Jahre, Rhenium-187 - 5x1010 Jahre, Kalium-40 - 1,32x109 Jahre.
Von den während des Unfalls von Tschernobyl emittierten Elementen stellen wir die Halbwertszeiten der folgenden Elemente fest: Jod-131 - 8,05 Tage, Cäsium-137 - 30 Jahre, Strontium-90 - 29,12 Jahre, Plutonium -241 - 14,4 Jahre, Americium - 241 -
432 Jahre.
Für jedes radioaktive Isotop Durchschnittsgeschwindigkeit der Zerfall seiner Kerne ist konstant, unverändert und nur für ein bestimmtes Isotop charakteristisch. Die Anzahl der radioaktiven Atome eines Elements, die im Laufe der Zeit zerfallen, ist proportional zur Gesamtzahl der vorhandenen radioaktiven Atome.
wobei dN die Anzahl der zerfallenden Kerne ist,
dt - Zeitraum,
N ist die Anzahl der verfügbaren Kerne,
L ist der Proportionalitätskoeffizient (Konstante des radioaktiven Zerfalls).
Die radioaktive Zerfallskonstante zeigt die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls von Atomen eines radioaktiven Stoffes pro Zeiteinheit, charakterisiert den Bruchteil der Atome eines gegebenen Radionuklids, die pro Zeiteinheit zerfallen, d.h. die radioaktive Zerfallskonstante charakterisiert die relative Zerfallsgeschwindigkeit der Kerne eines gegebenen Radionuklids. Das Minuszeichen (-l) zeigt an, dass die Zahl der radioaktiven Kerne mit der Zeit abnimmt. Die Abklingkonstante wird in reziproken Zeiteinheiten ausgedrückt: s-1, min-1 usw. Der Kehrwert der Zerfallskonstante (r=1/l) wird genannt durchschnittliche Dauer Kernleben.
Das Gesetz des radioaktiven Zerfalls legt also fest, dass pro Zeiteinheit immer der gleiche Anteil an nicht zerfallenen Kernen eines gegebenen Radionuklids zerfällt. Das mathematische Gesetz des radioaktiven Zerfalls kann als Formel dargestellt werden: λt
Nt \u003d No x e-λt,
wobei Nt die Anzahl der am Ende der Zeit t verbleibenden radioaktiven Kerne ist;
Nein - die anfängliche Anzahl radioaktiver Kerne zum Zeitpunkt t;
e - Basis natürlicher Logarithmen (=2,72);
L ist die radioaktive Zerfallskonstante;
t - Zeitintervall (gleich t-to).
Diese. die Zahl der nicht zerfallenen Kerne nimmt mit der Zeit exponentiell ab. Mit dieser Formel können Sie die Anzahl der nicht zerfallenen Atome in berechnen dieser Moment Zeit. Um die Zerfallsgeschwindigkeit radioaktiver Elemente in der Praxis zu charakterisieren, wird statt der Zerfallskonstante die Halbwertszeit verwendet.
Die Besonderheit des radioaktiven Zerfalls besteht darin, dass die Kerne desselben Elements nicht alle auf einmal zerfallen, sondern allmählich zu unterschiedlichen Zeiten. Der Moment des Zerfalls jedes Kerns kann nicht im Voraus vorhergesagt werden. Daher der Zusammenbruch jeglicher radioaktives Element gehorcht statistischen Gesetzen, ist probabilistischer Natur und kann mathematisch bestimmt werden eine große Anzahl radioaktive Atome. Mit anderen Worten, der Zerfall von Kernen erfolgt ungleichmäßig - mal in großen, mal in kleineren Portionen. Daraus folgt ein praktischer Schluss, dass wir bei gleicher Messzeit die Anzahl der Impulse aus einem radioaktiven Präparat erhalten können unterschiedliche Bedeutungen. Um korrekte Daten zu erhalten, ist es daher erforderlich, dieselbe Probe nicht nur einmal, sondern mehrmals zu messen, und je öfter, desto genauer werden die Ergebnisse.
>> Gesetz des radioaktiven Zerfalls. Halbwertszeit
§ 101 Gesetz des radioaktiven Zerfalls. HALBWERTSZEIT
Radioaktiver Zerfall gehorcht einem statistischen Gesetz. Rutherford, der die Umwandlung radioaktiver Substanzen untersuchte, stellte empirisch fest, dass ihre Aktivität mit der Zeit abnimmt. Dies wurde im vorherigen Absatz besprochen. Somit nimmt die Aktivität von Radon nach 1 min um das 2-fache ab. Die Aktivität von Elementen wie Uran, Thorium und Radium nimmt ebenfalls mit der Zeit ab, jedoch viel langsamer. Für jeden radioaktiven Stoff gibt es ein bestimmtes Zeitintervall, in dem die Aktivität um das Zweifache abnimmt. Dieses Intervall wird als Halbwertszeit bezeichnet. Die Halbwertszeit T ist die Zeit, in der die Hälfte der ursprünglichen Anzahl radioaktiver Atome zerfällt.
Der Aktivitätsabfall, d. h. die Anzahl der Zerfälle pro Sekunde, in Abhängigkeit von der Zeit für eines der radioaktiven Präparate ist in Abb. 13.8 dargestellt. Die Halbwertszeit dieser Substanz beträgt 5 Tage.
Wir leiten nun die mathematische Form des radioaktiven Zerfallsgesetzes ab. Die Zahl der radioaktiven Atome zum Anfangszeitpunkt (t= 0) sei N 0 . Dann nach der Halbwertszeit wird diese Zahl gleich sein
Nach einem weiteren ähnlichen Zeitintervall wird diese Zahl gleich:
