Radioaktiivisuuden tutkimuksen historia alkoi 1. maaliskuutaVuonna 1896, kun kuuluisa ranskalainen tutkija Henri Becquerel havaitsi vahingossa omituisuuden uraanisuolojen päästöissä. Kävi ilmi, että näytteen kanssa samassa laatikossa sijaitsevat valokuvalevyt valaistettiin. Tämän aiheutti outo, hyvin tunkeutuva säteily, jota uraanilla oli. Tämä ominaisuus löytyi jaksollisen taulukon lopussa olevista raskaimmista elementeistä. Hänelle annettiin nimi "radioaktiivisuus".
Данный процесс – самопроизвольное превращение elementin isotoopin atomi toiseen isotooppiin vapauttaen samanaikaisesti alkuainehiukkaset (elektronit, heliumiatomien ytimet). Atomien muutos osoittautui spontaaniksi, eikä se vaadi energian imeytymistä ulkopuolelta. Tärkeintä määrää, joka kuvaa energian vapautumisprosessia radioaktiivisen hajoamisen aikana, kutsutaan aktiivisuudeksi.
A = λN, jossa λ on hajoamisvakio, N on aktiivisten atomien määrä näytteessä.
Kohdista a, β, y-hajoamiset. Vastaavia yhtälöitä kutsutaan siirtosäännöiksi:
nimi | Mitä tapahtuu | Reaktioyhtälö |
α - hajoaminen | atomiatuma X: n muuttuminen ydeksi Y vapauttamalla heliumatomin ydin | WJaX→Z-2jaA-4+2ei4 |
β - hajoaminen | atomiatuma X: n muutos ydeksi Y vapauttamalla elektroni | WJaX→Z + 1jaJa+-1eJa |
γ - hajoaminen | ilman ytimen muutosta energia vapautuu sähkömagneettisen aallon muodossa | WXJa→WCJa+ γ |
Hiukkasten hajoamispistettä ei voida asettaatämän atomin. Hänen mielestään tämä on enemmän "onnettomuus" kuin malli. Tätä prosessia luonnehtiva energian vapautuminen määritellään näytteen aktiivisuudeksi.
On todettu, että on aikaajoka tarkalleen puolet tietyn näytteen atomista hajoaa. Tätä aikaväliä kutsutaan "puoliintumisajaksi". Mitä järkeä on ottaa tämä käsite käyttöön?
Näyttää siltä, että ajanjakson verrantarkalleen puolet kaikista aktiivisista atomeista tietyssä näytteessä hajoaa. Mutta merkitseekö tämä sitä, että kahden puoliintumisajan kuluessa kaikki aktiiviset atomit hajoavat kokonaan? Ei lainkaan. Tietyn ajan kuluttua puolet radioaktiivisista alkuaineista jää näytteeseen, saman ajanjakson jälkeen toinen puoli jäljellä olevista atomista hajoaa ja niin edelleen. Tässä tapauksessa säteily jatkuu pitkään, ylittäen merkittävästi puoliintumisajan. Tämä tarkoittaa, että aktiiviset atomit säilyvät näytteessä säteilystä riippumatta
Puoliintumisaika on arvo, joka riippuu yksinomaan tietyn aineen ominaisuuksista. Määräarvo on määritetty monille tunnetuille radioaktiivisille isotoopeille.
| nimi | nimitys | Hajaantumistyyppi | Puolikas elämä |
Radium | 88Ra219 | alfa | 0,001 sekuntia |
magnesium | 12mg27 | beeta | 10 minuuttia |
Radon | 86Rn222 | alfa | 3,8 päivää |
koboltti | 27Co60 | beeta, gamma | 5,3 vuotta |
Radium | 88Ra226 | alfa, gamma | 1620 vuotta |
Uranus | 92sisään238 | alfa, gamma | 4,5 miljardia vuotta |
Puoliintumisajan määritys suoritettukokeellisesti. Laboratoriotestien aikana aktiivisuus mitataan toistuvasti. Koska laboratorionäytteet ovat pienikokoisia (tutkijan turvallisuus on ensiarvoisen tärkeää), koe suoritetaan eri aikavälein, toistetaan useita kertoja. Se perustuu aineiden aktiivisuuden muutosten säännöllisyyteen.
Puoliintumisajan määrittämiseksitietyn näytteen aktiivisuus mitataan tietyin väliajoin. Kun otetaan huomioon se, että tämä parametri liittyy hajonneiden atomien lukumäärään, määritetään puoliintumisaika käyttämällä radioaktiivisen hajoamisen lakia.
Olkoon tutkittavan isotoopin aktiivisten alkioiden määrä tiettynä ajankohtana N, aikaväli, jonka aikana havainto on t2- t1missä havainnon alkamisen ja lopun hetket ovat riittävän lähellä. Oletetaan, että n on tietyssä aikavälissä hajoavien atomien määrä, sitten n = KN (t2- t1).
Tässä lausekkeessa K = 0,693 / T½ on suhteellisuuskerroin, jota kutsutaan hajoamisvakiona. T½ on isotoopin puoliintumisaika.
Otetaan aikaväli yhtenä yksikkönä. Tässä tapauksessa K = n / N ilmaisee isotoopin nykyisten ytimien osuuden, joka hajoaa aikayksikköä kohti.
Kun tiedetään hajoamisvakion arvo, voidaan määrittää hajoamisen puoliintumisaika: T½ = 0,693 / K.
Tästä seuraa, että ei tietty määrä aktiivisia atomeja hajoaa aikayksikköä kohti, vaan tietty osa niistä.
Puoliintumisaika on RRP: n perusta.Mallin päättivät Frederico Soddy ja Ernest Rutherford vuonna 1903 tehtyjen kokeiden tulosten perusteella. On yllättävää, että 1900-luvun alkupuolen olosuhteissa kaukana täydellisistä laitteista tehdyt moninkertaiset mittaukset johtivat tarkkaan ja perusteltuun tulokseen. Hänestä tuli radioaktiivisuuden teorian perusta. Johdetaan matemaattinen tietue radioaktiivisen hajoamisen laista.
- Anna N0 - aktiivisten atomien määrä tiettynä ajankohtana. Aikavälin t päättymisen jälkeen N elementtiä ei ole hajonnut.
- Puoliintumisaikaa vastaavaksi ajankohdaksi jäljellä on tarkalleen puolet aktiivisista alkuaineista: N = N0/ 2.
- Toisen puoliintumisajan jälkeen näyte on jäljellä: N = N0/ 4 = N0/ 22 aktiiviset atomit.
- Yhden puoliintumisajan ylittävän ajan kuluttua näyte säilyttää vain: N = N0/ 8 = N0/ 23.
- Kun n puoliintumisaika on kulunut, näytteellä on N = N0/ 2n aktiiviset hiukkaset. Tässä lausekkeessa n = t / T½: tutkimusajan suhde puoliintumisaikaan.
- ZRR: llä on hieman erilainen matemaattinen ilmaisu, helpompi ratkaista tehtäviä: N = N02-t / T½.
Säännöllisyyden avulla voit määrittää lisäksipuoliintumisaika, aktiivisten isotooppiatomien määrä, jotka eivät ole hajonneet tiettynä ajankohtana. Kun tiedetään näytteessä olevien atomien määrä havainnon alussa, on jonkin ajan kuluttua mahdollista määrittää annetun valmisteen elinikä.
Radioaktiivisen hajoamisen lain kaava auttaa määrittämään puoliintumisajan vain tiettyjen parametrien läsnä ollessa: aktiivisten isotooppien lukumäärä näytteessä, jota on melko vaikea saada selville.
RRR-kaava on mahdollista kirjoittaa ylös lääkeaatomien aktiivisuuden ja massan käsitteillä.
Aktiivisuus on verrannollinen radioaktiivisten atomien määrään: A = A0• 2-t / T... Tässä kaavassa A0 - näytteen aktiivisuus alkuhetkellä, A - aktiivisuus t sekunnin jälkeen, T - puoliintumisaika.
Aineen massaa voidaan käyttää seuraavalla tavalla: m = m0• 2-t / T
Minkä tahansa yhtäjaksoisen ajanjakson aikana hajoaa täsmälleen sama osuus tietyssä valmistuksessa käytettävissä olevista radioaktiivisista atomeista.
Laki on joka suhteessa tilastollinen,mikromaailmassa tapahtuvien prosessien määritteleminen. On selvää, että radioaktiivisten alkuaineiden puoliintumisaika on tilastollinen arvo. Atomituumien tapahtumien todennäköisyysluonne viittaa siihen, että mielivaltainen ydin voi hajota milloin tahansa. Tapahtumaa ei voida ennustaa; voit määrittää sen todennäköisyyden vain tiettynä ajankohtana. Tämän seurauksena puoliintumisaika on merkityksetön:
Atomin olemassaolo alkuperäisessä muodossaanvaltio voi kestää sekunnin, ja ehkä miljoonia vuosia. Ei myöskään tarvitse puhua tietyn hiukkasen eliniästä. Otettuaan arvon, joka on yhtä suuri kuin atomien elinajan keskimääräinen arvo, voidaan puhua radioaktiivisen isotoopin atomien olemassaolosta, radioaktiivisen hajoamisen seurauksista. Atomin ytimen puoliintumisaika riippuu annetun atomin ominaisuuksista eikä muista määristä.
Onko mahdollista ratkaista ongelma: kuinka löytää puoliintumisaika, tietäen keskimääräisen elinajan?
Aatamin keskimääräisen eliniän ja hajoamisvakion välisen suhteen puoliintumisajan määrittäminen ei auta.
τ = T1/2/ ln2 = T1/2/ 0,693 = 1 / λ.
Tässä merkinnässä τ on keskimääräinen käyttöikä, λ on hajoamisvakio.
RRR: n käyttö yksilön iän määrittämiseennäytteet levisivät laajasti tutkimuksessa 1900-luvun lopulla. Fossiilisten esineiden iän määrittämisen tarkkuus on kasvanut niin paljon, että se voi antaa käsityksen eliniästä vuosituhansia eKr.
Fossiilisten orgaanisten yhdisteiden radiohiilianalyysiNäytteet perustuvat kaikissa organismeissa läsnä olevan hiili-14: n (radioaktiivisen hiilen isotoopin) aktiivisuuden muutoksiin. Se tulee elävään organismiin aineenvaihdunnan aikana ja sisältää sitä tietyssä pitoisuudessa. Kuoleman jälkeen aineenvaihdunta ympäristön kanssa pysähtyy. Radioaktiivisen hiilen pitoisuus pienenee luonnollisen hajoamisen vuoksi, aktiivisuus vähenee suhteellisesti.
Kun otetaan huomioon sellainen arvo kuin puoliintumisaika, radioaktiivisen hajoamisen lain kaava auttaa määrittämään ajan elimistön elintärkeän toiminnan päättymisestä.
Radioaktiivisuustutkimukset tehtiin vuonnalaboratorio-olosuhteet. Radioaktiivisten alkuaineiden hämmästyttävä kyky pysyä aktiivisena tuntikausia, päiviä ja jopa vuosia ei voinut yllättää 1900-luvun alun fyysikkoja. Esimerkiksi toriumin tutkimuksiin liittyi odottamaton tulos: suljetussa ampullissa sen aktiivisuus oli merkittävä. Pienimmästä hengityksestä hän putosi. Johtopäätös osoittautui yksinkertaiseksi: toriumin muutokseen liittyy radonin (kaasun) vapautuminen. Kaikki radioaktiivisuuden prosessin alkuaineet muuttuvat täysin erilaisiksi aineiksi, jotka eroavat sekä fysikaalisilta että kemiallisilta ominaisuuksiltaan. Tämä aine puolestaan on myös epävakaa. Tällä hetkellä tunnetaan kolme sarjaa samanlaisia transformaatioita.
Tällaisten muutosten tuntemus on erittäin tärkeää vuonnaatomien ja ydintutkimusten tai katastrofien yhteydessä saastuneiden vyöhykkeiden pääsyajan määrittäminen. Plutoniumin puoliintumisaika vaihtelee isotoopista riippuen 86 vuodesta (Pu 238) 80 miljoonaan vuoteen (Pu 244). Kunkin isotoopin pitoisuus antaa käsityksen alueen desinfiointijaksosta.
Tiedetään, että aikamme on metallejahuomattavasti kalliimpaa kuin kulta, hopea ja platina. Tämä sisältää plutoniumia. Mielenkiintoista on, että evoluutioprosessissa syntynyttä plutoniumia ei löydy luonnosta. Suurin osa alkuaineista saadaan laboratorio-olosuhteissa. Plutonium-239: n hyödyntäminen ydinreaktoreissa on mahdollistanut sen suosion nykyään. Riittävän määrän tämän isotoopin saaminen käytettäväksi reaktorissa tekee siitä käytännössä korvaamatonta.
Plutonium-239 tuotetaan luonnollisestiuraani-239: n neptunium-239: ksi muuttumisen ketjun seurauksena (puoliintumisaika - 56 tuntia). Samanlainen ketju mahdollistaa plutoniumin kertymisen ydinreaktoreihin. Vaaditun määrän esiintymisnopeus ylittää luonnollisen määrän miljardeja kertoja.
Voit puhua paljon ydinvoiman haitoistaenergiaa ja ihmiskunnan "oudosta", joka käyttää melkein mitä tahansa löytöä tuhoamaan omatyyppinsä. Plutonium-239: n löytäminen, joka pystyy osallistumaan ydinketjureaktioon, mahdollisti sen käytön rauhanomaisen energian lähteenä. Uranium-235, joka on plutoniumin analogia, on maapallolla äärimmäisen harvinaista; sitä on paljon vaikeampaa erottaa uraanimalmista kuin saada plutoniumia.
Radioaktiivisten alkuaineiden isotooppien radioisotooppianalyysi antaa tarkemman käsityksen tietyn näytteen eliniästä.
Käyttämällä uraani-torium-transformaatioketjuamaankuoren sisältämä maapallon ikä on mahdollista määrittää. Näiden elementtien prosenttiosuus keskimäärin koko maankuoressa muodostaa tämän menetelmän perustan. Uusimpien tietojen mukaan maapallon ikä on 4,6 miljardia vuotta.
