NỬA CUỘC SỐNG

NỬA CUỘC SỐNG, khoảng thời gian cần thiết để một nửa số hạt nhân nhất định của một đồng vị phóng xạ (được biến đổi thành nguyên tố hoặc đồng vị khác) bị phân rã. Chỉ đo được chu kỳ bán rã vì không xảy ra phân rã hoàn toàn. Chu kỳ bán rã không đổi ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất nào, nhưng rất khác nhau giữa các đồng vị. Oxy-20 có chu kỳ bán rã là 14 giây, trong khi uranium-234 có khoảng 250.000 năm. Sự phân rã của một đồng vị phóng xạ đi kèm với sự phát ra các hạt alpha và beta. Bằng cách đo cường độ giải phóng của chúng, người ta có thể điều tra sự phân rã. Thuật ngữ "chu kỳ bán rã" cũng đề cập đến các hạt phân rã ngẫu nhiên thành các hạt mới. Vì vậy, một neutron tự do phân rã thành một proton và một điện tử. Xem thêm HẸN HÒ RADIOCARBON, QUYẾT ĐỊNH PHÁT XẠ.

Từ điển bách khoa khoa học và kỹ thuật.

Xem "NỬA CUỘC SỐNG" là gì trong các từ điển khác:

Khoảng thời gian trung bình số hạt nhân phóng xạ ban đầu giảm đi một nửa. Khi có N0 hạt nhân phóng xạ tại thời điểm t = 0, số N của chúng giảm dần theo thời gian theo quy luật: N = N0e lt, trong đó l là hằng số phân rã phóng xạ… Bách khoa toàn thư vật lý

Thời gian để một nửa chất phóng xạ hoặc thuốc trừ sâu ban đầu bị phân hủy. Từ điển bách khoa sinh thái. Chisinau: Ấn bản chính của Bách khoa toàn thư Liên Xô Moldavia. I.I. Ông nội. 1989 ... Từ điển sinh thái học

NỬA CUỘC SỐNG- khoảng thời gian T1 / 2, trong đó số hạt nhân không bền giảm đi một nửa. T1 / 2 = 0,693 / λ = 0,693 τ, trong đó λ là hằng số phân rã phóng xạ; τ là thời gian sống trung bình của hạt nhân phóng xạ. Xem thêm Phóng xạ… Bách khoa toàn thư về bảo hộ lao động của Nga

nửa đời người- Thời gian mà hoạt độ của nguồn phóng xạ giảm còn một nửa giá trị. [Hệ thống kiểm tra không phá hủy. Các loại (phương pháp) và công nghệ kiểm tra không phá hủy. Thuật ngữ và định nghĩa (hướng dẫn tham khảo). Mátxcơva 2003]…… Sổ tay phiên dịch kỹ thuật

Một hệ thống cơ lượng tử (hạt, hạt nhân, nguyên tử, mức năng lượng, v.v.) có thời gian T½ trong thời gian đó hệ phân rã với xác suất 1/2. Nếu một tập hợp các hạt độc lập được xem xét, thì trong một khoảng thời gian ... Wikipedia

Hạt nhân phóng xạ (T1 / 2), khoảng thời gian mà số hạt nhân phóng xạ trung bình giảm đi một nửa. * * * NỬA SỐNG NỬA CỦA một hạt nhân phóng xạ (T1 / 2), khoảng thời gian mà số nguyên tử phóng xạ ban đầu…… từ điển bách khoa

nửa đời người- latexėjimo trukmė statusas T s viêm fizika atitikmenys: engl. nửa đời người; thời gian bán hủy; một nửa giá trị thời gian vok. Halbwertszeit, f; Rückenhalbwertsdauer, f; Rückenhalbwertzeit, f rus. chu kỳ bán rã, n; chu kỳ bán rã, n; chu kỳ bán rã, m…… Fizikos terminų žodynas

nửa đời người- skilimo latexėjimo trukmė statusas T s viêm fizika atitikmenys: engl. phân rã nửa thời gian; thời kỳ phân rã vok. Halbwertszeit des radioaktiven Zerfalls, f rus. chu kỳ bán rã, m; thời gian bán hủy, m pranc. periode de mi vie, f; kỳ de…… ga cuối Fizikosų žodynas

NỬA CUỘC SỐNG- (T0.5) thời kỳ thối rữa trong đất và các phương tiện khác. Thông thường, giá trị này đặc trưng cho việc mất 50% các đặc tính thuốc trừ sâu ... Thuốc trừ sâu và thuốc điều chỉnh tăng trưởng thực vật

nửa đời người- mủjimo trukmė statusas T s viêm Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vidutinis laiko tarpas, per kurį skyla latexė visų radioaktyviojo nuklido bandinio nguyên tửų. atitikmenys: engl. nửa đời người; thời gian bán hủy; một nửa giá trị thời gian vok. Halbperiode,…… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos ga cuốių žodynas

Sách

• Half-life, E. Kotova. Một cuốn tiểu thuyết khiêu khích đề nghị xem xét lỗ khóa. Và ở đó mở ra lịch sử thực sự của một gia đình Nga, dài hàng trăm năm, bắt đầu vào ngày đầu tiên của thế kỷ 20 trong sự thoải mái bình dị ...

Đặc tính quan trọng nhất của một hạt nhân phóng xạ, trong số các đặc tính khác, là tính phóng xạ của nó, tức là số lần phân rã trong một đơn vị thời gian (số hạt nhân phân rã trong 1 giây).

Đơn vị hoạt động của chất phóng xạ là Becquerel (Bq). 1 Becquerel = 1 phân rã mỗi giây.

Cho đến nay, một đơn vị hoạt động ngoài hệ thống của chất phóng xạ, Curie (Ci), vẫn được sử dụng. 1 Ki \ u003d 3,7 * 1010 Bq.

Chu kỳ bán rã của một chất phóng xạ

slide số 10

Chu kỳ bán rã (T1 / 2) - đơn vị đo tốc độ phân rã phóng xạ của một chất - thời gian để độ phóng xạ của một chất giảm đi một nửa hoặc thời gian để một nửa số hạt nhân trong chất đó phân rã .

Sau một thời gian bằng một chu kỳ bán rã của hạt nhân phóng xạ, hoạt độ của nó sẽ giảm một nửa giá trị ban đầu, sau hai chu kỳ bán rã - 4 lần, v.v. Tính toán cho thấy sau một thời gian bằng mười chu kỳ bán rã của hạt nhân phóng xạ, hoạt động của nó sẽ giảm đi khoảng một nghìn lần.

Chu kỳ bán rã của các đồng vị phóng xạ khác nhau (hạt nhân phóng xạ) nằm trong khoảng từ phần giây đến hàng tỷ năm.

slide số 11

Các đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã nhỏ hơn một ngày hoặc vài tháng được gọi là tồn tại ngắn hạn, và hơn một vài tháng-năm được gọi là tồn tại lâu.

slide số 12

Các loại bức xạ ion hóa

Tất cả các bức xạ đều đi kèm với sự giải phóng năng lượng. Ví dụ, khi mô cơ thể người được chiếu xạ, một phần năng lượng sẽ được chuyển đến các nguyên tử tạo nên mô đó.

Chúng ta sẽ xem xét các quá trình của bức xạ alpha, beta và gamma. Tất cả chúng đều xảy ra trong quá trình phân rã hạt nhân nguyên tử của các đồng vị phóng xạ của các nguyên tố.

slide số 13

bức xạ alpha

Hạt anpha là hạt nhân heli tích điện dương có năng lượng cao.

slide số 14

Sự ion hóa vật chất bởi một hạt alpha

Khi một hạt alpha đi đến gần một electron, nó sẽ thu hút nó và có thể kéo nó ra khỏi quỹ đạo bình thường của nó. Nguyên tử mất một điện tử và do đó trở thành một ion tích điện dương.

Quá trình ion hóa một nguyên tử cần năng lượng xấp xỉ 30-35 eV (electron vôn). Do đó, một hạt alpha có năng lượng 5.000.000 eV khi bắt đầu chuyển động, có thể trở thành nguồn tạo ra hơn 100.000 ion trước khi chuyển sang trạng thái nghỉ.

Khối lượng của hạt alpha bằng khoảng 7.000 lần khối lượng của một electron. Khối lượng lớn của các hạt alpha quyết định độ thẳng của đường đi của chúng qua lớp vỏ electron của nguyên tử trong quá trình ion hóa vật chất.

Một hạt alpha mất một phần nhỏ năng lượng ban đầu của nó đối với mỗi electron mà nó lấy từ các nguyên tử vật chất khi đi qua nó. Động năng của hạt alpha và tốc độ của nó liên tục giảm. Khi sử dụng hết động năng, hạt alpha đứng yên. Tại thời điểm đó, nó sẽ bắt giữ hai điện tử và sau khi biến đổi thành nguyên tử heli, nó sẽ mất khả năng ion hóa vật chất.

slide số 15

bức xạ beta

Bức xạ beta là quá trình phát ra các electron trực tiếp từ hạt nhân của nguyên tử. Một electron trong hạt nhân được tạo ra khi một neutron phân rã thành một proton và một electron. Proton vẫn ở trong hạt nhân trong khi electron được phát ra dưới dạng bức xạ beta.

slide số 16

Sự ion hóa vật chất bởi một hạt beta

Một hạt B làm bật ra một trong các electron quỹ đạo của một nguyên tố hóa học ổn định. Hai electron này có cùng điện tích và khối lượng. Do đó, khi gặp nhau, các electron sẽ đẩy nhau, thay đổi hướng chuyển động ban đầu của chúng.

Khi một nguyên tử mất một electron, nó sẽ trở thành một ion mang điện tích dương.

slide số 17

Bức xạ gamma

Bức xạ gamma không được tạo thành từ các hạt như bức xạ alpha và beta. Nó, giống như ánh sáng của Mặt trời, là một sóng điện từ. Bức xạ gamma là bức xạ điện từ (photon), bao gồm các lượng tử gamma và được phát ra trong quá trình chuyển đổi hạt nhân từ trạng thái kích thích sang trạng thái cơ bản trong phản ứng hạt nhân hoặc hủy hạt. Bức xạ này có khả năng xuyên thấu cao do nó có bước sóng ngắn hơn nhiều so với ánh sáng và sóng vô tuyến. Năng lượng của bức xạ gamma có thể đạt giá trị lớn và tốc độ truyền của tia gamma bằng tốc độ ánh sáng. Theo quy luật, bức xạ gamma đi kèm với bức xạ alpha và beta, vì thực tế không có nguyên tử nào trong tự nhiên chỉ phát ra tia gamma. Bức xạ gamma tương tự như tia X, nhưng khác ở bản chất nguồn gốc, bước sóng điện từ và tần số.

Chu kỳ bán rã

Half life hệ thống cơ lượng tử (hạt, hạt nhân, nguyên tử, mức năng lượng, v.v.) - thời gian T½, trong đó hệ thống phân rã với xác suất 1/2. Nếu coi một tập hợp các hạt độc lập, thì trong một chu kỳ bán rã, số lượng các hạt sống sót sẽ giảm trung bình 2 lần. Thuật ngữ này chỉ áp dụng cho các hệ thống phân rã theo cấp số nhân.

Không nên cho rằng tất cả các hạt được lấy ở thời điểm ban đầu sẽ phân rã trong hai chu kỳ bán rã. Vì mỗi chu kỳ bán rã giảm đi một nửa số hạt sống sót nên trong thời gian 2 T½ sẽ vẫn là một phần tư số lượng hạt ban đầu, cho 3 T½ - 1/8, v.v. Nói chung, phần nhỏ các hạt sống sót (hay chính xác hơn là xác suất sống sót P cho một hạt nhất định) phụ thuộc vào thời gian t theo cách sau:

Chu kỳ bán rã, thời gian sống trung bình τ và hằng số phân rã λ liên quan với nhau theo các mối quan hệ sau:

.

Vì ln2 = 0,693… nên thời gian bán hủy ngắn hơn khoảng 30% so với thời gian sống.

Đôi khi chu kỳ bán rã còn được gọi là chu kỳ bán rã phân rã.

Thí dụ

Nếu chúng ta chỉ định trong một khoảng thời gian nhất định số hạt nhân có khả năng biến đổi phóng xạ qua N và khoảng thời gian sau t 2 - t 1, ở đâu t 1 và t 2 - thời gian khá gần ( t 1 < t 2), và số hạt nhân nguyên tử đang phân rã trong khoảng thời gian này qua N, sau đó N = KN(t 2 - t một). Hệ số tương xứng ở đâu K = 0,693/T½ được gọi là hằng số phân rã. Nếu chúng tôi chấp nhận sự khác biệt ( t 2 - t 1) bằng một, nghĩa là, khoảng thời gian quan sát bằng một, khi đó K = N/N và do đó, hằng số phân rã cho thấy phần nhỏ của số hạt nhân nguyên tử hiện có bị phân rã trong một đơn vị thời gian. Do đó, sự phân rã diễn ra theo cách mà cùng một phần của số hạt nhân nguyên tử hiện có bị phân rã trong một đơn vị thời gian, điều này xác định quy luật phân rã theo cấp số nhân.

Giá trị của chu kỳ bán rã của các đồng vị khác nhau là khác nhau; đối với một số, đặc biệt là những chất phân hủy nhanh, chu kỳ bán rã có thể bằng phần triệu giây và đối với một số đồng vị, như uranium 238 và thorium 232, nó tương ứng bằng 4,498 * 10 9 và 1,389 * 10 10 năm. Có thể dễ dàng đếm số lượng nguyên tử 238 uranium đang trải qua sự biến đổi trong một lượng uranium nhất định, ví dụ, một kilogam trong một giây. Số lượng của bất kỳ nguyên tố nào tính bằng gam, bằng số bằng trọng lượng nguyên tử, chứa, như bạn đã biết, 6,02 * 10 23 nguyên tử. Do đó, theo công thức trên N = KN(t 2 - t 1) tìm số nguyên tử uranium phân rã trong một kg trong một giây, hãy nhớ rằng có 365 * 24 * 60 * 60 giây trong một năm,

Các tính toán dẫn đến thực tế là trong một kg uranium, có 12 triệu nguyên tử phân rã trong một giây. Mặc dù số lượng khổng lồ như vậy nhưng tốc độ chuyển hóa vẫn không đáng kể. Thật vậy, phần sau của uranium phân hủy mỗi giây:

Do đó, từ lượng uranium hiện có, phần của nó bằng

Quay lại định luật cơ bản của phân rã phóng xạ KN(t 2 - t 1), nghĩa là, với thực tế là chỉ một và cùng một phần nhỏ của số hạt nhân nguyên tử hiện có bị phân hủy trong một đơn vị thời gian, và, khi lưu ý đến sự độc lập hoàn toàn của các hạt nhân nguyên tử trong bất kỳ chất nào với nhau, chúng ta có thể nói rằng định luật này mang tính thống kê theo nghĩa là nó không chỉ ra chính xác hạt nhân nguyên tử nào sẽ trải qua quá trình phân rã trong một khoảng thời gian nhất định, mà chỉ cho biết về số lượng của chúng. Không nghi ngờ gì nữa, định luật này chỉ có hiệu lực trong trường hợp số lượng hạt nhân hiện có là rất lớn. Một số hạt nhân nguyên tử sẽ phân rã trong giây phút tiếp theo, trong khi các hạt nhân khác sẽ trải qua quá trình biến đổi muộn hơn nhiều, vì vậy khi số lượng hạt nhân nguyên tử phóng xạ hiện có là tương đối nhỏ, định luật phân rã phóng xạ có thể không được thỏa mãn hoàn toàn.

Thời gian bán hủy một phần

Nếu một hệ thống có chu kỳ bán rã T 1/2 có thể phân rã qua một số kênh, đối với mỗi kênh, có thể xác định thời gian bán hủy một phần. Cho xác suất phân rã bằng tôi-kênh thứ (hệ số phân nhánh) bằng số Pi. Sau đó, thời gian bán hủy một phần của tôi-kênh thứ bằng

Một phần có ý nghĩa về chu kỳ bán rã mà một hệ thống nhất định sẽ có nếu tất cả các kênh phân rã bị "tắt" ngoại trừ tôi thứ tự. Vì theo định nghĩa, thì đối với bất kỳ kênh phân rã nào.

thời gian bán hủy ổn định

Trong tất cả các trường hợp quan sát được (ngoại trừ một số đồng vị phân rã bằng cách bắt giữ điện tử), chu kỳ bán rã là không đổi (các báo cáo riêng biệt về sự thay đổi trong chu kỳ là do không đủ độ chính xác thực nghiệm, đặc biệt là sự tinh chế không đầy đủ từ các đồng vị có hoạt tính cao). Về mặt này, thời gian bán hủy được coi là không thay đổi. Trên cơ sở đó, việc xác định tuổi địa chất tuyệt đối của đá, cũng như phương pháp cacbon phóng xạ để xác định tuổi của hài cốt sinh vật được xây dựng.

Giả định về sự thay đổi của chu kỳ bán rã được sử dụng bởi các nhà sáng tạo, cũng như các đại diện của cái gọi là. "khoa học thay thế" để bác bỏ niên đại khoa học của đá, tàn tích của sinh vật sống và các phát hiện lịch sử, nhằm bác bỏ thêm các lý thuyết khoa học được xây dựng bằng cách xác định niên đại đó. (Ví dụ, xem các bài báo Thuyết Sáng tạo, Thuyết Sáng tạo Khoa học, Phê bình Thuyết Tiến hóa, Tấm vải liệm Turin).

Sự thay đổi của hằng số phân rã đối với sự bắt giữ điện tử đã được quan sát bằng thực nghiệm, nhưng nó nằm trong một tỷ lệ phần trăm trong toàn bộ dải áp suất và nhiệt độ có sẵn trong phòng thí nghiệm. Chu kỳ bán rã trong trường hợp này thay đổi do một số phụ thuộc (khá yếu) của mật độ hàm sóng của các electron quỹ đạo trong vùng lân cận của hạt nhân vào áp suất và nhiệt độ. Những thay đổi đáng kể trong hằng số phân rã cũng được quan sát thấy đối với các nguyên tử bị ion hóa cao (do đó, trong trường hợp giới hạn của một hạt nhân bị ion hóa hoàn toàn, sự bắt giữ điện tử chỉ có thể xảy ra khi hạt nhân tương tác với các điện tử plasma tự do; ngoài ra, sự phân rã được phép trung hòa nguyên tử, trong một số trường hợp, nguyên tử bị ion hóa mạnh có thể bị cấm về mặt động học). Tất cả các tùy chọn thay đổi hằng số phân rã này, rõ ràng, không thể được sử dụng để "bác bỏ" niên đại phóng xạ, vì bản thân sai số của phương pháp đo phóng xạ đối với hầu hết các đồng vị chronometer là hơn một phần trăm, và các nguyên tử bị ion hóa cao trong các vật thể tự nhiên trên Trái đất không thể tồn tại trong một thời gian dài.

Lịch sử nghiên cứu hiện tượng phóng xạ bắt đầu vào ngày 1 tháng 3 năm 1896, khi một nhà khoa học nổi tiếng người Pháp tình cờ phát hiện ra điều kỳ lạ trong bức xạ của muối uranium. Hóa ra các tấm ảnh nằm trong cùng một hộp với mẫu đã được chiếu sáng. Bức xạ kỳ lạ, có độ xuyên thấu cao mà uranium đã dẫn đến điều này. Tính chất này được tìm thấy trong các nguyên tố nặng nhất hoàn thành bảng tuần hoàn. Nó được đặt cho cái tên "phóng xạ".

Chúng tôi giới thiệu các đặc điểm của hiện tượng phóng xạ

Quá trình này là sự biến đổi tự phát của một nguyên tử của một đồng vị của một nguyên tố thành một đồng vị khác với sự giải phóng đồng thời các hạt cơ bản (electron, hạt nhân của nguyên tử heli). Sự biến đổi của các nguyên tử hóa ra là tự phát, không cần sự hấp thụ năng lượng từ bên ngoài. Đại lượng chính đặc trưng cho quá trình giải phóng năng lượng trong quá trình học được gọi là hoạt độ.

Hoạt độ của một mẫu phóng xạ là số lần phân rã có thể xảy ra của một mẫu nhất định trên một đơn vị thời gian. Trong quốc tế) đơn vị đo lường, nó được gọi là becquerel (Bq). Trong 1 becquerel, hoạt độ của một mẫu như vậy được thực hiện, trong đó, trung bình, 1 phân rã xảy ra mỗi giây.

A = λN, trong đó λ là hằng số phân rã, N là số nguyên tử hoạt động trong mẫu.

Phân bổ α, β, γ-phân rã. Các phương trình tương ứng được gọi là quy tắc chuyển vị:

Khoảng thời gian trong phóng xạ

Không thể xác định thời điểm vỡ của hạt đối với nguyên tử cụ thể này. Đối với anh, đây là một "tai nạn" hơn là một khuôn mẫu. Sự giải phóng năng lượng đặc trưng cho quá trình này được định nghĩa là hoạt động của mẫu.

Nó đã được quan sát để thay đổi theo thời gian. Mặc dù các nguyên tố riêng lẻ cho thấy mức độ bức xạ không đổi đáng ngạc nhiên, nhưng có những chất mà hoạt độ của chúng giảm vài lần trong một khoảng thời gian khá ngắn. Sự đa dạng đáng kinh ngạc! Có thể tìm thấy một khuôn mẫu trong các quá trình này không?

Người ta đã xác định rằng có một khoảng thời gian mà chính xác một nửa số nguyên tử của một mẫu nhất định bị phân rã. Khoảng thời gian này được gọi là "chu kỳ bán rã". Ý nghĩa của việc đưa ra khái niệm này là gì?

chu kỳ bán rã?

Có vẻ như trong một khoảng thời gian bằng một chu kỳ, chính xác là một nửa số nguyên tử hoạt động của một mẫu nhất định bị phân rã. Nhưng điều này có nghĩa là trong khoảng thời gian hai chu kỳ bán rã, tất cả các nguyên tử đang hoạt động sẽ phân rã hoàn toàn? Không có gì. Sau một thời điểm nhất định, một nửa số nguyên tố phóng xạ vẫn còn trong mẫu, sau cùng một khoảng thời gian, một nửa số nguyên tử còn lại bị phân rã, v.v. Trong trường hợp này, bức xạ tồn tại trong một thời gian dài, vượt quá đáng kể thời gian bán hủy. Điều này có nghĩa là các nguyên tử hoạt động được giữ lại trong mẫu bất kể bức xạ

Chu kỳ bán rã là một giá trị chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của một chất nhất định. Giá trị của đại lượng đã được xác định đối với nhiều đồng vị phóng xạ đã biết.

Bảng: "Chu kỳ bán rã phân rã của các đồng vị riêng lẻ"

Thời gian bán thải được xác định bằng thực nghiệm. Trong quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, hoạt động được đo nhiều lần. Do các mẫu thí nghiệm có kích thước tối thiểu (sự an toàn của người nghiên cứu là tối quan trọng) nên thí nghiệm được thực hiện với các khoảng thời gian khác nhau, lặp lại nhiều lần. Nó dựa trên sự thường xuyên của những thay đổi trong hoạt động của các chất.

Để xác định chu kỳ bán rã, hoạt độ của một mẫu nhất định được đo trong những khoảng thời gian nhất định. Cho rằng tham số này liên quan đến số nguyên tử bị phân rã, sử dụng định luật phân rã phóng xạ, hãy xác định chu kỳ bán rã.

Một định nghĩa ví dụ cho một đồng vị

Gọi số phần tử hoạt động của đồng vị nghiên cứu tại một thời điểm nhất định bằng N, khoảng thời gian thực hiện quan sát t 2 - t 1, trong đó thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc quan sát là gần nhau. đầy đủ. Giả sử n là số nguyên tử bị phân rã trong một khoảng thời gian nhất định thì n = KN (t 2 - t 1).

Trong biểu thức này, K \ u003d 0,693 / T½ là hệ số tỷ lệ, được gọi là hằng số phân rã. T½ là chu kỳ bán rã của đồng vị.

Hãy lấy khoảng thời gian làm đơn vị. Trong trường hợp này, K = n / N cho biết phần nhỏ của các hạt nhân đồng vị có mặt phân rã trong một đơn vị thời gian.

Biết giá trị của hằng số phân rã, người ta cũng có thể xác định được chu kỳ bán rã: T½ = 0,693 / K.

Do đó, không phải một số nguyên tử hoạt động nhất định bị phân hủy trong một đơn vị thời gian, mà là một tỷ lệ nhất định của chúng.

Định luật phân rã phóng xạ (LRR)

Chu kỳ bán rã là cơ sở của RRR. Mô hình này được Frederico Soddy và Ernest Rutherford đưa ra dựa trên kết quả của các nghiên cứu thực nghiệm vào năm 1903. Đáng ngạc nhiên, nhiều phép đo được thực hiện với các thiết bị còn lâu mới hoàn hảo, trong điều kiện của đầu thế kỷ 20, đã dẫn đến một kết quả chính xác và hợp lý. Nó trở thành cơ sở của lý thuyết phóng xạ. Chúng ta hãy suy ra ký hiệu toán học của định luật phân rã phóng xạ.

Gọi N 0 là số nguyên tử hoạt động tại một thời điểm nhất định. Sau khi khoảng thời gian t trôi qua, N phần tử sẽ vẫn không bị trả lại.

Đến thời điểm bằng với chu kỳ bán rã, chính xác một nửa số nguyên tố hoạt động sẽ còn lại: N = N 0/2.

Sau một chu kỳ bán rã khác, chất nào sau đây vẫn còn trong mẫu: N = N 0/4 = N 0/2 2 nguyên tử hoạt động.

Sau một khoảng thời gian, bằng một chu kỳ bán rã nữa, mẫu sẽ chỉ lưu lại: N = N 0/8 = N 0/2 3.

Đến khi n chu kỳ bán rã trôi qua, N = N 0/2 n hạt hoạt động sẽ vẫn còn trong mẫu. Trong biểu thức này, n = t / T½: tỷ lệ giữa thời gian nghiên cứu và thời gian bán hủy.

ZRR có một biểu thức toán học hơi khác, thuận tiện hơn trong việc giải các bài toán: N = N 0 2 - t / T½.

Tính đều đặn giúp chúng ta có thể xác định, ngoài chu kỳ bán rã, số nguyên tử của đồng vị hoạt động chưa bị phân rã tại một thời điểm nhất định. Biết số nguyên tử mẫu lúc đầu quan sát, sau một thời gian có thể xác định được thời gian tồn tại của một chế phẩm nhất định.

Công thức của định luật phân rã phóng xạ giúp xác định chu kỳ bán rã chỉ khi có một số thông số nhất định: số lượng đồng vị hoạt động trong mẫu, khá khó tìm ra.

Hệ quả của luật

Bạn có thể viết ra công thức RRR bằng cách sử dụng các khái niệm về hoạt độ và khối lượng của nguyên tử thuốc.

Hoạt độ tỉ lệ với số nguyên tử phóng xạ: A = A 0 .2 -t / T. Trong công thức này, A 0 là hoạt độ của mẫu tại thời điểm ban đầu, A là hoạt độ sau t giây, T là chu kỳ bán rã.

Khối lượng của chất có thể dùng trong khoảng đều: m = m 0 .2 -t / T

Trong bất kỳ khoảng thời gian nào bằng nhau, tỷ lệ nguyên tử phóng xạ có sẵn trong một chế phẩm nhất định sẽ phân rã tuyệt đối.

Giới hạn áp dụng luật

Quy luật theo mọi nghĩa là thống kê, xác định các quá trình xảy ra trong mô hình thu nhỏ. Rõ ràng là chu kỳ bán rã của các nguyên tố phóng xạ là một giá trị thống kê. Tính chất xác suất của các sự kiện trong hạt nhân nguyên tử cho thấy rằng một hạt nhân tùy ý có thể vỡ ra bất cứ lúc nào. Không thể dự đoán một sự kiện; người ta chỉ có thể xác định xác suất của nó tại một thời điểm nhất định. Kết quả là, thời gian bán hủy là vô nghĩa:

• đối với một nguyên tử;
• đối với một mẫu có khối lượng tối thiểu.

Tuổi thọ nguyên tử

Sự tồn tại của một nguyên tử ở trạng thái ban đầu có thể kéo dài một giây, hoặc có thể hàng triệu năm. Cũng không cần phải nói về thời gian tồn tại của hạt này. Bằng cách giới thiệu một giá trị bằng giá trị trung bình của thời gian tồn tại của nguyên tử, chúng ta có thể nói về sự tồn tại của nguyên tử của một đồng vị phóng xạ, hậu quả của sự phân rã phóng xạ. Chu kỳ bán rã của hạt nhân nguyên tử phụ thuộc vào tính chất của nguyên tử đã cho và không phụ thuộc vào các đại lượng khác.

Có thể giải quyết vấn đề: làm thế nào để tìm chu kỳ bán rã, biết thời gian sống trung bình?

Để xác định chu kỳ bán rã, công thức liên hệ giữa thời gian sống trung bình của nguyên tử và hằng số phân rã giúp ích không ít.

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

Trong ký hiệu này, τ là thời gian tồn tại trung bình, λ là hằng số phân rã.

Sử dụng thời gian bán hủy

Việc sử dụng ZRR để xác định tuổi của từng mẫu đã trở nên phổ biến trong các nghiên cứu vào cuối thế kỷ 20. Độ chính xác của việc xác định tuổi của các đồ tạo tác hóa thạch đã tăng lên đến mức có thể đưa ra ý tưởng về thời gian tồn tại hàng thiên niên kỷ trước Công nguyên.

Các mẫu hữu cơ hóa thạch dựa trên sự thay đổi hoạt động của carbon-14 (một đồng vị phóng xạ của carbon) có trong tất cả các sinh vật. Nó xâm nhập vào cơ thể sống trong quá trình trao đổi chất và được chứa trong đó ở một nồng độ nhất định. Sau khi chết, quá trình trao đổi chất với môi trường ngừng lại. Nồng độ carbon phóng xạ giảm do phân rã tự nhiên, hoạt độ giảm tỷ lệ thuận.

Nếu có một giá trị như vậy là chu kỳ bán rã, thì công thức của định luật phân rã phóng xạ giúp xác định thời gian kể từ khi ngừng hoạt động của sinh vật.

Chuỗi biến đổi phóng xạ

Nghiên cứu phóng xạ được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm. Khả năng tuyệt vời của các nguyên tố phóng xạ trong việc duy trì hoạt động trong nhiều giờ, nhiều ngày và thậm chí nhiều năm không thể làm ngạc nhiên các nhà vật lý đầu thế kỷ XX. Các nghiên cứu, ví dụ, về thorium, đi kèm với một kết quả bất ngờ: trong một ống thuốc đóng kín, hoạt tính của nó rất đáng kể. Ngay từ hơi thở nhỏ nhất, cô ấy đã ngã xuống. Kết luận hóa ra rất đơn giản: sự biến đổi của thori đi kèm với sự giải phóng radon (khí). Tất cả các nguyên tố trong quá trình phóng xạ đều biến thành một chất hoàn toàn khác, khác nhau cả về tính chất vật lý và hóa học. Đến lượt mình, chất này cũng không ổn định. Hiện tại, người ta đã biết ba loạt các phép biến đổi tương tự.

Kiến thức về sự biến đổi như vậy là vô cùng quan trọng trong việc xác định thời gian không thể tiếp cận của các khu vực bị ô nhiễm trong quá trình nghiên cứu nguyên tử và hạt nhân hoặc thảm họa. Chu kỳ bán rã của plutonium - tùy thuộc vào đồng vị của nó - nằm trong khoảng từ 86 năm (Pu 238) đến 80 triệu năm (Pu 244). Nồng độ của mỗi đồng vị cho ta ý tưởng về thời kỳ khử trùng của lãnh thổ.

kim loại đắt tiền nhất

Người ta biết rằng trong thời đại của chúng ta có những kim loại đắt hơn nhiều so với vàng, bạc và bạch kim. Chúng bao gồm plutonium. Điều thú vị là plutonium được tạo ra trong quá trình tiến hóa không xảy ra trong tự nhiên. Hầu hết các nguyên tố thu được trong điều kiện phòng thí nghiệm. Việc khai thác plutonium-239 trong các lò phản ứng hạt nhân đã giúp nó trở nên cực kỳ phổ biến ngày nay. Việc thu được một lượng đủ đồng vị này để sử dụng trong các lò phản ứng làm cho nó thực tế trở nên vô giá.

Plutonium-239 thu được trong điều kiện tự nhiên là kết quả của một chuỗi biến đổi uranium-239 thành neptunium-239 (chu kỳ bán rã - 56 giờ). Một dây chuyền tương tự giúp nó có thể tích tụ plutonium trong các lò phản ứng hạt nhân. Tỷ lệ xuất hiện của số lượng yêu cầu vượt quá tỷ lệ tự nhiên một tỷ lần.

Ứng dụng năng lượng

Bạn có thể nói rất nhiều về những thiếu sót của năng lượng hạt nhân và về "sự kỳ lạ" của loài người, thứ sử dụng hầu hết mọi khám phá để tiêu diệt đồng loại của mình. Việc phát hiện ra plutonium-239, có khả năng tham gia, đã khiến người ta có thể sử dụng nó như một nguồn năng lượng hòa bình. Uranium-235, một chất tương tự của plutonium, cực kỳ hiếm trên Trái đất; tách nó ra khỏi nó khó hơn nhiều so với việc thu được plutonium.

Thời đại của Trái đất

Phân tích đồng vị của các đồng vị của các nguyên tố phóng xạ cho ta ý tưởng chính xác hơn về thời gian tồn tại của một mẫu cụ thể.

Sử dụng chuỗi biến đổi "uranium - thorium", chứa trong vỏ trái đất, có thể xác định tuổi của hành tinh chúng ta. Tỷ lệ phần trăm của các nguyên tố này trung bình trên toàn bộ vỏ trái đất là cơ sở của phương pháp này. Theo dữ liệu mới nhất, tuổi của Trái đất là 4,6 tỷ năm.

Chu kỳ bán rã của một chất đang trong giai đoạn phân rã là thời gian mà lượng chất này sẽ giảm đi một nửa. Thuật ngữ này ban đầu được sử dụng để mô tả sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ như uranium hoặc plutonium, nhưng nói chung nó có thể được sử dụng cho bất kỳ chất nào trải qua quá trình phân rã với tốc độ tập hợp hoặc hàm mũ. Bạn có thể tính chu kỳ bán rã của bất kỳ chất nào bằng cách biết tốc độ phân rã, là hiệu số giữa lượng chất ban đầu và lượng chất còn lại sau một khoảng thời gian nhất định. Đọc tiếp để tìm ra cách tính nhanh chóng và dễ dàng chu kỳ bán rã của một chất.

Các bước

Tính toán chu kỳ bán rã

1. Chia lượng chất tại một thời điểm cho lượng chất còn lại sau một thời gian nhất định.

   • Công thức tính chu kỳ bán rã: t 1/2 = t * ln (2) / ln (N 0 / N t)
   • Trong công thức này: t là thời gian trôi qua, N 0 là lượng chất ban đầu và N t là lượng chất sau thời gian trôi qua.
   • Ví dụ, nếu khối lượng ban đầu là 1500 gam và khối lượng cuối cùng là 1000 gam, thì khối lượng ban đầu chia cho khối lượng cuối cùng là 1,5. Giả sử rằng thời gian trôi qua là 100 phút, tức là (t) = 100 phút.

2. Tính logarit cơ số 10 của số (log) thu được ở bước trước.Để thực hiện việc này, hãy nhập số kết quả vào máy tính khoa học, sau đó nhấn nút nhật ký hoặc nhập nhật ký (1.5) và nhấn dấu bằng để nhận kết quả.

   • Lôgarit của một số với một cơ số nhất định là số mũ mà cơ số đó phải được nâng lên (nghĩa là, phải nhân cơ số với chính nó lên bao nhiêu lần) để có được số này. Cơ số 10 được sử dụng trong logarit cơ số 10. Nút log trên máy tính tương ứng với logarit cơ số 10. Một số máy tính tính toán logarit tự nhiên của ln.
   • Khi log (1.5) = 0.176, có nghĩa là logarit cơ số 10 của 1.5 là 0.176. Tức là, nếu số 10 được nâng lên thành lũy thừa của 0,176, thì bạn nhận được 1,5.

3. Nhân thời gian đã trôi qua với logarit thập phân của 2. Nếu bạn tính log (2) trên máy tính, bạn nhận được 0,30103. Lưu ý rằng thời gian trôi qua là 100 phút.

   • Ví dụ: nếu thời gian đã trôi qua là 100 phút, hãy nhân 100 với 0,30103. Kết quả là 30.103.

4. Chia số có được ở bước thứ ba cho số được tính ở bước thứ hai.

   • Ví dụ, nếu 30,103 chia cho 0,176, kết quả là 171,04. Như vậy, chúng ta đã thu được chu kỳ bán rã của chất, tính bằng đơn vị thời gian đã sử dụng ở bước thứ ba.

5. Sẳn sàng. Bây giờ bạn đã tính toán chu kỳ bán rã cho bài toán này, bạn cần chú ý đến thực tế là chúng ta đã sử dụng logarit thập phân cho các phép tính, nhưng bạn cũng có thể sử dụng logarit tự nhiên của ln - kết quả sẽ giống nhau. Và, trên thực tế, khi tính toán chu kỳ bán rã, logarit tự nhiên được sử dụng thường xuyên hơn.

   • Nghĩa là, bạn sẽ cần tính toán logarit tự nhiên: ln (1,5) (kết quả 0,405) và ln (2) (kết quả 0,693). Sau đó, nếu bạn nhân ln (2) với 100 (thời gian), bạn nhận được 0,693 x 100 = 69,3 và chia cho 0,405, bạn nhận được kết quả 171,04 - giống như sử dụng logarit cơ số 10.

   Giải quyết các vấn đề liên quan đến chu kỳ bán rã

   1. Tìm xem một chất có chu kỳ bán rã đã biết còn lại bao nhiêu sau một khoảng thời gian nhất định. Giải quyết vấn đề sau: Bệnh nhân được truyền 20 mg iốt-131. Hỏi sau 32 ngày sẽ còn lại bao nhiêu? Thời gian bán hủy của iốt-131 là 8 ngày.Đây là cách giải quyết vấn đề này:

      • Tính xem trong 32 ngày chất đó đã giảm đi một nửa bao nhiêu lần. Để làm được điều này, chúng ta tìm xem số 8 (đây là chu kỳ bán rã của iốt) phù hợp với 32 (tính theo số ngày) bao nhiêu lần. Điều này cần 32/8 = 4, do đó lượng chất đã giảm đi một nửa bốn lần.
      • Nói cách khác, điều này có nghĩa là sau 8 ngày sẽ có 20 mg / 2, tức là 10 mg chất. Sau 16 ngày, nó sẽ là 10mg / 2, hoặc 5mg chất. Sau 24 ngày, 5 mg / 2 sẽ còn lại, tức là 2,5 mg chất này. Cuối cùng, sau 32 ngày, bệnh nhân sẽ có 2,5 mg / 2, hoặc 1,25 mg chất.

   2. Tìm chu kỳ bán rã của một chất nếu bạn biết khối lượng ban đầu và lượng chất còn lại, cũng như thời gian đã trôi qua. Giải quyết vấn đề sau: Phòng thí nghiệm nhận được 200 g tecneti-99m và một ngày sau chỉ còn lại 12,5 g đồng vị. Chu kỳ bán rã của tecneti-99m là bao nhiêu?Đây là cách giải quyết vấn đề này:

      • Hãy làm điều đó theo thứ tự ngược lại. Nếu còn lại 12,5 g chất, thì trước khi khối lượng của nó giảm đi 2 lần thì có 25 g chất (vì 12,5 x 2); trước đó có 50g chất, trước đó có 100g và cuối cùng trước đó có 200g.
      • Điều này có nghĩa là 4 chu kỳ bán rã trôi qua trước khi 12,5 g chất còn lại từ 200 g chất đó, hóa ra thời gian bán hủy là 24 giờ / 4 lần, hoặc 6 giờ.

   3. Tìm xem cần bao nhiêu chu kì bán rã để lượng chất giảm đến một giá trị nhất định. Giải quyết vấn đề sau: Chu kỳ bán rã của uranium-232 là 70 năm. Cần bao nhiêu chu kì bán rã để 20 g một chất giảm xuống còn 1,25 g?Đây là cách giải quyết vấn đề này:

      • Bắt đầu với 20g và giảm dần. 20g / 2 = 10g (1 nửa vòng đời), 10g / 2 = 5 (2 nửa vòng đời), 5g / 2 = 2,5 (3 nửa vòng đời) và 2,5 / 2 = 1,25 (4 nửa vòng đời). Trả lời: Cần 4 chu kỳ bán rã.

   Cảnh báo

   • Chu kỳ bán rã là một ước tính sơ bộ về thời gian cần thiết để một nửa chất còn lại phân rã, không phải là một phép tính chính xác. Ví dụ, nếu chỉ còn lại một nguyên tử của một chất thì sau chu kỳ bán rã sẽ chỉ còn lại một nửa nguyên tử, nhưng một hoặc không có nguyên tử sẽ còn lại. Lượng chất càng lớn thì phép tính càng chính xác theo quy luật số lớn.