Времето на полуразпад на радиоактивните елементи - какво е това и как се определя? Формулата на полуживот

Историята на изучаване на радиоактивността започва на 1 март 1896 г., когато е известен френски учен Анри Бекверел

Въведете характеристиките на радиоактивността

Този процес е спонтанната трансформация на изотопния атом на елемента в друг изотоп с едновременно отделяне на елементарните частици (електрони, ядра на хелиевите атоми). Трансформацията на атомите се оказа спонтанна, без да изисква абсорбиране на енергия отвън. Основното количество, характеризиращо процеса на освобождаване на енергия в хода на радиоактивно разпадане, наречена дейност.

Активността на радиоактивната проба е вероятният брой разпадания на дадена проба за единица време. В SI (Система международна единица за измерване се нарича becquerel (Bq). В 1 becquerel се приема активността на такава проба, при която възниква средно 1 разпад в секунда.

А = ламбда-N, където ламбда е константата на разпад, N е броят на активните атоми в пробата.

скривам алфа-, бета- гама - разпада. Съответните уравнения се наричат ​​правила за изместване:

Определянето на полуживота се провежда експериментално. В хода на лабораторните тестове активността се измерва многократно. Тъй като лабораторни проби с минимални размери (безопасността на изследователя преди всичко), експериментът се провежда на различни интервали от време, многократно повтарящи се. Тя се основава на редовността на промените в активността на веществата.

За да се определи полуживотът, активността на дадена проба се измерва на определени интервали. Като се има предвид, че този параметър е свързан с броя на разлагащите се атоми, използвайки закона за радиоактивно разпадане, определете полуживота.

Пример за определяне на изотоп

Нека броят на активните елементи на изследвания изотоп в даден момент от времето е N, интервала от време, през който t₂- т₁, където моментите на началото и края на наблюдението са съвсем близо. Нека приемем, че n е броят на атомите, които се разпадат в даден интервал от време, тогава n = KN (t₂- т₁).

В този израз K = 0.693 / Tfrac12- е коефициент на пропорционалност, наречен константа на разпад. Tfrac12- е полуразпадът на изотопа.

Отнемаме интервала от време за устройството. В този случай K = n / N показва фракцията на наличните изотопни ядра, разлагайки се за единица време.

Познавайки стойността на константата на разпад, можем да определим и времето на полуразпад: Tfrac12- = 0.693 / K.

Оттук следва, че за единица време няма определен брой активни атоми, но определена част от тях се разпада.

Законът за радиоактивното разпадане (RDF)

Времето на полуразпад е в основата на ZRD. Редовността е изведена от Фредерико Соди и Ърнест Ръдърфорд въз основа на резултатите от експерименталните изследвания през 1903 г. Изненадващо, множество измервания, извършени с инструменти, далеч от перфектни в началото на двадесети век, доведоха до точен и валиден резултат. То се превърна в основата на теорията за радиоактивността. Да извлечем математическа нотация за закона за радиоактивното разпадане.

- Да предположим, че N₀ - броят на активните атоми в даден момент. След изтичане на интервала t елементите N остават непроменени.

- По времето, равно на полуживота, точно половината от активните елементи ще останат: N = N₀/ 2.

- След още един полуживот в пробата, N = N₀/ 4 = N₀/ 2² активни атоми.

- След време, равно на още един полуживот, пробата се запазва само: N = N₀/ 8 = N₀/ 2³.

- Докато времето на полуживот е преминало, N = N остава в пробата₀/ 2^п активни частици. В този израз, n = t / Tfrac12-: съотношението на времето на изследване към полуживота.

- ZRP има малко по-различен математически израз, по-удобен за решаване на проблеми: N = N₀2^{-t /Tfrac12-_.}

Регулярността дава възможност да се определи в допълнение към полуживота броят на атомите на активния изотоп, които не са се разложили в даден момент. Познавайки броя на атомите в пробата в началото на наблюдението, след известно време можете да определите живота на лекарството.

Определя полуживот на формулата на закона за радиоактивно разпадане подпомага само в присъствието на определени параметри: броя на активните изотопи в пробата, което е трудно да се знае.

Последици от закона

Можете да напишете формулата на ZRR, използвайки понятията за активност и маса на атомите на препарата.

Активността е пропорционална на броя на радиоактивните атоми: A = A₀• 2^{-t / T}. В тази формула А₀ - активност на пробата в началното време, A - активност след t секунди, T - полуживот.

Масата на веществото може да се използва в редовността: m = m₀• 2^{-t / T}

По време на еднакво дълги интервали от време, абсолютно идентична част от радиоактивните атоми, налични в този препарат, се разпада.

Граници на приложимост на закона

Законът във всички отношения е статистически, определящ процесите, протичащи в микрокосмоса. Ясно е, че полуразпадът на радиоактивните елементи е статистически. Вероятността от събитията в атомните ядра предполага, че произволно ядро ​​може да се срути по всяко време. Предскажете, че събитието е невъзможно, можете да определите само неговата вероятност в даден момент. Вследствие на това полуживотът няма смисъл:

• за отделен атом;
• за проба с минимална маса.

Животът на един атом

Наличието на атом в първоначалното му състояние може да продължи една секунда и може би милиони години. Също така не е необходимо да се говори за живота на дадена частица. Въвеждайки стойност, равна на средната стойност на жизнения цикъл на атомите, може да се говори за съществуването на атоми на радиоактивен изотоп, последиците от радиоактивното разпадане. Полуживотът на атомното ядро ​​зависи от свойствата на даден атом и не зависи от други количества.

Възможно ли е да се реши проблемът: как да се намери полуживот, знаейки средния живот?

Определянето на полу-живот на формулата за отношението между средната продължителност на живота на атома и константата на разпад е не по-малко важно.

tau- = T_1/2/ ln2 = T_1/2/ 0.693 = 1 / ламбда.

В това влизане tau - е средният живот, ламбда - е константата на разпад.

Използване на полуживот

Използването на ZRP за определяне на възрастта на отделните проби е широко разпространено в проучванията от края на ХХ век. Точността на определянето на възрастта на изкопаеми артефакти нарасна толкова много, че може да даде представа за живота на хилядолетието преди Христа.

Радиовъглероден анализ изкопаеми органични проби се основава на промяна в активността на въглерод-14 (радиоактивен изотоп на въглерода), присъстващ във всички организми. Той влиза в живия организъм в процеса на метаболизма и се съдържа в него в определена концентрация. След смъртта метаболизмът със средата спира. Концентрацията на радиоактивен въглерод спада поради естественото разпадане, а активността намалява пропорционално.

Ако има такава стойност като полуживота, формулата за закона за радиоактивно разпадане помага да се определи времето от момента, в който жизнената активност на организма спира.

Вериги на радиоактивна трансформация

Изследванията на радиоактивността са проведени в лабораторни условия. Удивителната способност на радиоактивните елементи да поддържат активност в продължение на часове, дни и дори години може да изненада физиците от началото на ХХ век. Проучвания, например торий, бяха придружени от неочакван резултат: в затворена ампула дейността му бе значителна. При най-малкия удар тя падна. Заключението беше просто: трансформацията на тория е придружена от освобождаването на радон (газ). Всички елементи в процеса на радиоактивност се трансформират в напълно различна субстанция, която се различава както във физичните, така и в химичните свойства. Това вещество, от своя страна, също е нестабилно. Понастоящем са известни три серии от подобни трансформации.

Познаването на такива трансформации е изключително важно при определянето на времето за недостъпност на заразените зони в процеса на атомни и ядрени изследвания или катастрофи. Времето на полуразпадане на плутония - в зависимост от неговия изотоп, е в интервала от 86 години (Pu 238) до 80 милиона години (Pu 244). Концентрацията на всеки изотоп дава представа за периода на дезинфекция на територията.

Най-скъпият метал

Известно е, че в наше време металите са много по-скъпи от златото, среброто и платината. Плутон също принадлежи на тях. Интересно е, че в природата плутоний, създаден в хода на еволюцията, не се случва. Повечето от елементите са получени при лабораторни условия. Операцията на плутоний-239 в ядрените реактори направи възможно да се превърне в изключително популярна в наши дни. Получаването на достатъчно количество изотоп за използване в реакторите го прави почти безценно.

Плутоний-239 се получава при естествени условия вследствие веригата от трансформации на уран-239 в нептуний-239 (полуживот - 56 часа). Подобна верига позволява натрупването на плутоний в ядрените реактори. Скоростта на появата на необходимото количество надвишава естествената в милиарди пъти.

Приложение в енергетиката

Човек може да говори много за недостатъците на ядрената енергия и за "странностите" на човечеството, които почти всяко откритие използва, за да унищожи собствения си вид. Откриването на плутоний-239, в който може да участва верижна ядрена реакция, позволил да го използва като източник на мирна енергия. Уран-235, който е аналог на плутоний, е изключително рядко на Земята, за да се различи от него уранова руда много по-трудно, отколкото да се получи плутоний.

Възраст на Земята

Радиоизотопният анализ на изотопите на радиоактивните елементи дава по-точна представа за жизнения цикъл на дадена проба.

Използването на веригата от трансформации на "уран-торий", съдържащи се в земната кора, прави възможно определянето на възрастта на нашата планета. Процентът на тези елементи средно в цялата земна кора е в основата на този метод. Според последните данни, възрастта на Земята е 4,6 милиарда години.