Historien om studiet av radioaktivitet begynte 1. mars1896, da den berømte franske forskeren Henri Becquerel ved et uhell oppdaget en fremmedhet i utslippet av uransalter. Det viste seg at fotografiske plater som ligger i samme eske med prøven er opplyst. Dette skyldtes den merkelige, svært gjennomtrengende strålingen som uran hadde. Denne egenskapen ble funnet i de tyngste elementene som fullfører periodiske tabeller. Han fikk navnet "radioaktivitet".
Denne prosessen er spontan transformasjonatom i en isotop av et element i en annen isotop med samtidig frigjøring av elementære partikler (elektroner, kjerner av heliumatomer). Transformasjonen av atomer viste seg å være spontan og krever ikke absorpsjon av energi utenfra. Hovedmengden som kjennetegner prosessen med frigjøring av energi under radioaktivt forfall kalles aktivitet.
A = λN, der λ er forfallskonstanten, N er antall aktive atomer i prøven.
Tildel α, β, γ-forfall. De tilsvarende ligningene kalles forskyvningsregler:
navnet | Hva skjer? | Reaksjonsligning |
α –decay | transformasjonen av atomkjernen X til en kjerne Y med frigjøring av kjernen til et heliumatom | WEnX→Z-2-ogA-4+2ikke4 |
β - forfall | transformasjonen av en atomkjerne X til en kjerne Y med frigjøring av et elektron | WEnX→Z + 1ogEn+-1eEn |
γ - forfall | ikke ledsaget av en endring i kjernen, frigjøres energi i form av en elektromagnetisk bølge | WXEn→WCEn+ γ |
Partikkelkollaps kan ikke angisakkurat dette atomet. For ham er det mer som en "ulykke" enn et mønster. Energiutgivelsen som kjennetegner denne prosessen er definert som aktiviteten til prøven.
Установлено, что существует время, в течение hvorav nøyaktig halvparten av atomene i en gitt prøve gjennomgår forfall. Dette tidsintervallet kalles halveringstiden. Hva er vitsen med å introdusere dette konseptet?
Det ser ut til at i en tid lik perioden,nøyaktig halvparten av alle aktive atomer i et gitt prøveforfall. Men betyr det at i to halveringstider vil alle aktive atomer forfalle helt? Ikke i det hele tatt. Etter et visst øyeblikk forblir halvparten av de radioaktive elementene i prøven, etter samme tidsperiode forfaller ytterligere halvparten av de gjenværende atomene, og så videre. I dette tilfellet forblir strålingen i lang tid, betydelig overstiger halveringstiden. Dette betyr at aktive atomer blir beholdt i prøven uansett stråling
Halveringstid er en mengde som bare avhenger av egenskapene til et gitt stoff. Verdien bestemmes for mange kjente radioaktive isotoper.
| navn | betegnelse | Type forfall | halveringstid |
radium | 88Ra219 | alfa | 0,001 sekunder |
magnesium | 12mg27 | beta | 10 minutter |
radon | 86pH-222 | alfa | 3,8 dager |
kobolt | 27med60 | beta-gamma | 5,3 år |
radium | 88Ra226 | alfa, gamma | 1620 år |
Uranus | 92i238 | alfa, gamma | 4,5 milliarder år |
Halveringstid bestemmelse fullførteksperimentelt. I løpet av laboratorieundersøkelser utføres målingen av aktiviteten gjentatte ganger. Siden laboratorieprøver er av minimal størrelse (forskerens sikkerhet er fremfor alt), blir eksperimentet utført med et annet tidsintervall som gjentas mange ganger. Det er basert på regelmessigheten av endringer i stoffenes aktivitet.
For å bestemme halveringstidenaktiviteten til en gitt prøve blir målt ved bestemte tidsintervaller. Gitt det faktum at denne parameteren er assosiert med antall forfalne atomer, ved å bruke loven om radioaktivt forfall, bestemmer halveringstiden.
La antallet aktive elementer i den studerte isotop på et gitt tidspunkt være lik N, tidsintervallet under hvilket t overvåkes2- t1hvor øyeblikkene fra begynnelsen og slutten av observasjonen er nær nok. Anta at n er antall atomer som forfaller i et gitt tidsintervall, da er n = KN (t2- t1).
I dette uttrykket er K = 0,693 / T½ proporsjonalitetskoeffisienten, kalt forfallskonstanten. T½ er isotopens halveringstid.
Vi tar tidsintervallet per enhet. I dette tilfellet indikerer K = n / N brøkdelen av tilstedeværende isotopkjerner som forfaller per tidsenhet.
Når man kjenner verdien til forfallskonstanten, kan man også bestemme forfallets halveringstid: T½ = 0,693 / K.
Det følger at per tidsenhet forfaller ikke et visst antall aktive atomer, men en viss brøkdel av dem.
Halveringstiden er grunnlaget for RRP.Mønsteret ble trukket av Frederico Soddy og Ernest Rutherford basert på resultatene fra eksperimentelle studier i 1903. Overraskende nok førte flere målinger gjort med instrumenter som langt fra er perfekte, under forholdene på begynnelsen av det tjuende århundre, til et nøyaktig og fornuftig resultat. Han ble grunnlaget for teorien om radioaktivitet. Vi har en matematisk oversikt over loven om radioaktivt forfall.
- La N0 - antall aktive atomer på et gitt tidspunkt. På slutten av tidsintervallet t forblir N-elementer ukomponert.
- I det øyeblikket som er lik halveringstiden, vil nøyaktig halvparten av de aktive elementene forbli: N = N0/ 2.
- Etter ytterligere halveringstid gjenstår følgende i prøven: N = N0/ 4 = N0/ 22 aktive atomer.
- Etter en tidsperiode som tilsvarer en annen halveringstid, vil prøven bare beholde: N = N0/ 8 = N0/ 23.
- På det tidspunktet når n halveringstid går, vil N = N forbli i utvalget0/ 2n aktive partikler. I dette uttrykket, n = t / T½: forhold mellom studietid og halveringstid.
- ZRR har et litt annet matematisk uttrykk, mer praktisk i å løse problemer: N = N02-t / t½.
Mønster lar deg bestemme, i tillegg tilhalveringstid, antall atomer i den aktive isotopen, ikke forfallende på et gitt tidspunkt. Når du vet antall atomer i prøven i begynnelsen av observasjonen, kan du etter en tid bestemme levetiden til dette stoffet.
Formelen for loven om radioaktivt forfall hjelper til med å bestemme halveringstiden bare hvis visse parametere er til stede: antall aktive isotoper i prøven, noe som er vanskelig å finne ut.
Det er mulig å skrive ned formelen til RR ved å bruke begrepene aktivitet og atommasse til et preparat.
Aktiviteten er proporsjonal med antall radioaktive atomer: A = A0• 2-t / T. I denne formelen, A0 Er aktiviteten til prøven på det første tidspunktet, A er aktiviteten etter t sekunder, T er halveringstiden.
Stoffets masse kan brukes i lovene: m = m0• 2-t / T
I løpet av like lange perioder forfaller den absolutt identiske brøkdel av radioaktive atomer som er tilgjengelige i dette preparatet.
Loven i enhver forstand er statistisk,bestemme prosessene som oppstår i mikroverdenen. Det er tydelig at halveringstiden for radioaktive elementer er en statistisk mengde. Den sannsynlige karakteren av hendelser i atomkjerner antyder at en vilkårlig kjerne kan falle fra hverandre når som helst. Det er umulig å forutsi hendelsen, du kan bare bestemme sannsynligheten for det på et gitt tidspunkt. Som et resultat gir ikke halveringstiden mening:
Eksistensen av et atom i det opprinneligestaten kan vare et sekund, og kanskje millioner av år. Det er heller ikke nødvendig å snakke om levetiden til denne partikkelen. Ved å innføre en verdi lik gjennomsnittsverdien på atomenes levetid, kan vi snakke om at det eksisterer atomer i en radioaktiv isotop, konsekvensene av radioaktivt forfall. Halveringstiden til et atomkjerne avhenger av egenskapene til et gitt atom og avhenger ikke av andre mengder.
Er det mulig å løse problemet: hvordan finne halveringstiden, vite gjennomsnittlig levetid?
Formelen for forholdet mellom gjennomsnittslevetiden til et atom og forfallskonstanten hjelper til med å bestemme halveringstiden ikke mindre.
τ = T1/2/ ln2 = T1/2/ 0,693 = 1 / λ.
I denne notasjonen er τ den gjennomsnittlige levetiden, λ er forfallskonstanten.
Bruk av RRP for å bestemme individets alderprøver ble utbredt i forskning på slutten av det tjuende århundre. Nøyaktigheten av å bestemme alder på fossile gjenstander har økt så mye at det kan gi en ide om levetiden i årtusener f.Kr.
Radiokarbonanalyse av fossilt organiskPrøvene er basert på endringer i aktiviteten til karbon-14 (en radioaktiv isotop av karbon), som er til stede i alle organismer. Den kommer inn i en levende organisme under metabolismen og inngår i den i en viss konsentrasjon. Etter døden stopper stoffskiftet med omgivelsene. Konsentrasjonen av radioaktivt karbon avtar på grunn av naturlig forfall, aktiviteten synker proporsjonalt.
Med en slik verdi som halveringstid, hjelper formelen for loven om radioaktivt forfall å bestemme tiden siden slutten av kroppens vitale aktivitet.
Radioaktivitetsundersøkelser ble utført ilaboratorieforhold. Radioaktive elementers fantastiske evne til å forbli aktive i timer, dager og til og med år kunne ikke unnlate å overraske fysikerne i det tidlige tyvende århundre. Studier, for eksempel av thorium, ble ledsaget av et uventet resultat: i en lukket ampulle var aktiviteten betydelig. Med det minste pust falt hun. Konklusjonen viste seg å være enkel: transformasjonen av thorium ledsages av frigjøring av radon (gass). Alle elementer i prosessen med radioaktivitet blir omdannet til et helt annet stoff, avvikende både i fysiske og kjemiske egenskaper. Dette stoffet er på sin side også ustabilt. For tiden er tre serier av lignende transformasjoner kjent.
Kunnskap om slike transformasjoner er ekstremt viktig ibestemme tidspunktet for utilgjengelighet for soner som er forurenset i løpet av atom- og kjernefysisk forskning eller katastrofer. Halveringstiden for plutonium - avhengig av isotopen - varierer fra 86 år (Pu 238) til 80 millioner år (Pu 244). Konsentrasjonen av hver isotop gir en idé om desinfeksjonsperioden i området.
Det er kjent at det er metaller i vår tidbetydelig dyrere enn gull, sølv og platina. Dette inkluderer plutonium. Interessant nok forekommer ikke plutonium som er opprettet i løpet av evolusjonsprosessen i naturen. De fleste elementene oppnås under laboratorieforhold. Utnyttelse av plutonium-239 i atomreaktorer har gjort det mulig å bli ekstremt populær i disse dager. Å skaffe en tilstrekkelig mengde av denne isotopen til bruk i reaktorer gjør det praktisk uvurderlig.
Плутоний-239 получается в естественных условиях som en konsekvens av kjeden med transformasjoner av uran-239 til neptunium-239 (halveringstid - 56 timer). En lignende kjede gjør det mulig å akkumulere plutonium i atomreaktorer. Utseendet til ønsket beløp overstiger den naturlige satsen med milliarder av ganger.
Du kan snakke mye om ulempene ved kjernefysiskeenergi og om menneskehetens "rare", som bruker nesten alle funn for å ødelegge deres egen art. Oppdagelsen av plutonium-239, som er i stand til å ta del i en atomkjedereaksjon, gjorde det mulig å bruke det som en kilde til fredelig energi. Uran-235, som er en analog plutonium, er ekstremt sjelden på jorden; det er mye vanskeligere å skille det fra uranmalm enn å få plutonium.
Radioisotopanalyse av isotoper av radioaktive elementer gir en mer nøyaktig ide om levetiden til en bestemt prøve.
Ved hjelp av uran-thorium transformasjonskjeden,som finnes i jordskorpen, gjør det mulig å bestemme alderen på planeten vår. Prosentandelen av disse elementene i gjennomsnitt gjennom jordskorpen danner grunnlaget for denne metoden. Ifølge de nyeste dataene er jordens alder 4,6 milliarder år.
