História štúdia rádioaktivity sa začala 1. marca1896, keď slávny francúzsky vedec Henri Becquerel náhodou objavil zvláštnosť v emisiách solí uránu. Ukázalo sa, že fotografické dosky umiestnené v rovnakom boxe so vzorkou boli osvetlené. Bolo to spôsobené zvláštnym, vysoko prenikajúcim žiarením, ktoré urán vlastnil. Táto vlastnosť sa našla v najťažších prvkoch na konci periodickej tabuľky. Dostal meno „rádioaktivita“.
Tento proces je spontánnou transformáciouatóm izotopu prvku do iného izotopu so súčasným uvoľňovaním elementárnych častíc (elektróny, jadrá atómov hélia). Ukázalo sa, že transformácia atómov bola spontánna a nevyžadovala absorpciu energie zvonku. Hlavná veličina charakterizujúca proces uvoľňovania energie v priebehu rádioaktívneho rozpadu sa nazýva aktivita.
А = λN, kde λ je konštanta rozpadu, N je počet aktívnych atómov vo vzorke.
Pridelte α, β, γ-rozpady. Zodpovedajúce rovnice sa nazývajú pravidlá posunutia:
názov | Čo sa deje | Reakčná rovnica |
α - rozpad | transformácia atómového jadra X na jadro Y s uvoľnením jadra atómu hélia | ZAleX→Z-2AA-4+2on4 |
β - rozpad | transformácia atómového jadra X na jadro Y s uvoľnením elektrónu | ZAleX→Z + 1AAle+-1eAle |
γ - rozpad | nesprevádzané zmenou v jadre, energia sa uvoľňuje vo forme elektromagnetickej vlny | ZXAle→ZWITHAle+ γ |
Nie je možné nastaviť bod rozpadu častíctohto konkrétneho atómu. Pre neho je to skôr „nehoda“ ako vzor. Uvoľnenie energie, ktoré charakterizuje tento proces, je definované ako aktivita vzorky.
Je preukázané, že existuje čas počasktorá presne polovica atómov danej vzorky podlieha rozpadu. Tento časový interval sa nazýva „polčas rozpadu“. Aký zmysel má zaviesť tento koncept?
Zdá sa, že na čas rovný obdobiupresne polovica všetkých aktívnych atómov v danej vzorke sa rozpadne. Znamená to však, že v čase dvoch polčasov rozpadu sa všetky aktívne atómy úplne rozpadnú? Vôbec nie. Po určitom okamihu zostane vo vzorke polovica rádioaktívnych prvkov, po rovnakom časovom období sa rozpadne ďalšia polovica zvyšných atómov atď. V tomto prípade žiarenie pretrváva dlho, výrazne presahuje polčas. To znamená, že aktívne atómy sú vo vzorke konzervované bez ohľadu na žiarenie
Polčas rozpadu je hodnota, ktorá závisí výlučne od vlastností danej látky. Hodnota množstva bola stanovená pre mnoho známych rádioaktívnych izotopov.
| názov | označenie | Typ rozpadu | half-life |
Rádium | 88ra219 | alfa | 0,001 sekundy |
magnézium | 12mg27 | beta | 10 minút |
Radón | 86Rn222 | alfa | 3,8 dňa |
kobalt | 27Spol60 | beta, gama | 5,3 roka |
Rádium | 88ra226 | alfa, gama | 1620 rokov |
Urán | 92na238 | alfa, gama | 4,5 miliardy rokov |
Stanovenie polčasu je dokončenéexperimentálne. V priebehu laboratórnych testov sa aktivita meria opakovane. Pretože laboratórne vzorky majú minimálnu veľkosť (bezpečnosť výskumného pracovníka je prvoradá), experiment sa uskutočňuje v rôznych časových intervaloch, ktoré sa opakujú mnohokrát. Je založená na pravidelnosti zmien aktivity látok.
Na účely stanovenia polčasu rozpaduaktivita danej vzorky sa meria v určitých intervaloch. Ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že tento parameter je spojený s počtom rozpadnutých atómov, pomocou zákona rádioaktívneho rozpadu sa stanoví polčas.
Nech počet aktívnych prvkov skúmaného izotopu v danom čase je N, časový interval, počas ktorého je pozorovanie t2- t1kde sú okamihy začiatku a konca pozorovania dostatočne blízko. Predpokladajme, že n je počet atómov rozpadajúcich sa v danom časovom intervale, potom n = KN (t2- t1).
V tomto vyjadrení je K = 0,693 / T½ koeficient proporcionality, ktorý sa nazýva rozpadová konštanta. T½ je polčas izotopu.
Zoberme si časový interval ako jednotku. V tomto prípade K = n / N označuje zlomok súčasných jadier izotopu, ktoré sa rozpadajú za jednotku času.
Ak poznáme hodnotu rozpadovej konštanty, je možné určiť polčas rozpadu: T½ = 0,693 / K.
Z toho teda vyplýva, že nie určitý počet aktívnych atómov sa rozpadá za jednotku času, ale určitý zlomok z nich.
Polčas rozpadu je základom RRP.Tento vzor odvodili Frederico Soddy a Ernest Rutherford na základe výsledkov experimentálnych štúdií z roku 1903. Je prekvapujúce, že viacnásobné merania uskutočňované prístrojmi ani zďaleka nie sú dokonalé, v podmienkach začiatku dvadsiateho storočia, viedli k presnému a podloženému výsledku. Stal sa základom teórie rádioaktivity. Poďme odvodiť matematický záznam zákona rádioaktívneho rozpadu.
- Nech N0 - počet aktívnych atómov v danom čase. Po uplynutí časového intervalu t zostáva N prvkov nerozpadnutých.
- V okamihu rovnajúcom sa polčasu rozpadu zostane presne polovica aktívnych prvkov: N = N0/ 2.
- Po ďalšom polčase zostáva vzorka: N = N0/ 4 = N0/ 22 aktívne atómy.
- Po uplynutí času rovnajúceho sa ešte jednému polčasu rozpadu si vzorka ponechá iba: N = N0/ 8 = N0/ 23.
- V čase, keď uplynie n polčasov rozpadu, bude mať vzorka N = N0/ 2n aktívne častice. V tomto vyjadrení n = t / T½: pomer času štúdie k polčasu rozpadu.
- ZRR má trochu odlišné matematické vyjadrenie, pohodlnejšie pri riešení úloh: N = N02-t / T½.
Pravidelnosť vám umožňuje určiť, okrem tohopolčas, počet aktívnych izotopových atómov, ktoré sa v danom čase nerozpadli. Ak poznáme počet atómov vo vzorke na začiatku pozorovania, po určitom čase je možné určiť životnosť daného prípravku.
Vzorec zákona o rádioaktívnom rozpade pomáha určiť polčas iba za prítomnosti určitých parametrov: počtu aktívnych izotopov vo vzorke, ktorý je dosť ťažké zistiť.
Vzorec RRR je možné zapísať pomocou konceptov aktivity a hmotnosti atómov liečiva.
Aktivita je úmerná počtu rádioaktívnych atómov: A = A0• 2-t / T... V tomto vzorci A0 Je aktivita vzorky v počiatočnom okamihu času, A je aktivita po t sekundách, T je polčas rozpadu.
Hmotnosť látky sa dá použiť v nasledujúcom vzore: m = m0• 2-t / T
Počas akýchkoľvek rovnakých časových intervalov sa rozpadne úplne rovnaký podiel rádioaktívnych atómov, ktoré sú k dispozícii v danom prípravku.
Zákon je štatistický v každom zmysle,definovanie procesov prebiehajúcich v mikrosvete. Je zrejmé, že polčas rozpadu rádioaktívnych prvkov je štatistická hodnota. Pravdepodobnostná povaha udalostí v atómových jadrách naznačuje, že ľubovoľné jadro sa môže kedykoľvek rozpadnúť. Nie je možné predvídať udalosť, môžete len určiť jej pravdepodobnosť v danom čase. V dôsledku toho je polčas rozpadu nezmyselný:
Existencia atómu v pôvodnom staveštát môže trvať sekundu a možno milióny rokov. Rovnako nie je potrebné hovoriť o životnosti danej častice. Po zavedení hodnoty rovnajúcej sa priemernej hodnote životnosti atómov možno hovoriť o existencii atómov rádioaktívneho izotopu, dôsledkoch rádioaktívneho rozpadu. Polčas rozpadu atómového jadra závisí od vlastností daného atómu a nezávisí od iných veličín.
Je možné vyriešiť problém: ako nájsť polčas rozpadu, ak poznáte priemerný čas života?
Vzorec pre vzťah medzi priemerným životom atómu a rozpadovou konštantou pomáha rovnako dobre určiť aj polčas rozpadu.
τ = T1/2/ ln2 = T1/2/ 0,693 = 1 / λ.
V tejto notácii je τ priemerná životnosť, λ je rozpadová konštanta.
Použitie RRR na určenie veku jednotlivcavzorky sa vo výskume rozšírili na konci dvadsiateho storočia. Presnosť určenia veku fosílnych artefaktov sa natoľko zvýšila, že môže poskytnúť predstavu o dobe života po tisícročia pred naším letopočtom.
Rádiokarbónová analýza fosílnych organických látokVzorky sú založené na zmenách aktivity uhlíka 14 (rádioaktívny izotop uhlíka), ktorý je prítomný vo všetkých organizmoch. Do živého organizmu sa dostáva počas metabolizmu a je v ňom obsiahnutý v určitej koncentrácii. Po smrti sa metabolizmus s prostredím zastaví. Koncentrácia rádioaktívneho uhlíka klesá v dôsledku prirodzeného rozpadu, aktivita klesá proporcionálne.
Vzhľadom na takú hodnotu ako je polčas rozpadu, vzorec pre zákon rádioaktívneho rozpadu pomáha určiť čas od skončenia vitálnej činnosti tela.
Štúdie rádioaktivity sa uskutočňovali vlaboratórne podmienky. Úžasná schopnosť rádioaktívnych prvkov zostať aktívna niekoľko hodín, dní a dokonca rokov nemohla prekvapiť fyzikov začiatku 20. storočia. Štúdie napríklad o tóriu sprevádzal neočakávaný výsledok: v uzavretej ampulke bola jej aktivita významná. Pri najmenšom nádychu spadla. Záver sa ukázal ako jednoduchý: transformácia tória je sprevádzaná uvoľňovaním radónu (plynu). Všetky prvky v procese rádioaktivity sa prevedú na úplne inú látku, líšiacu sa fyzikálnymi aj chemickými vlastnosťami. Táto látka je zase tiež nestabilná. V súčasnosti sú známe tri série podobných transformácií.
Znalosť takýchto transformácií je v jazyku nesmierne dôležitáktorým sa určuje čas neprístupnosti zón kontaminovaných v priebehu atómového a jadrového výskumu alebo katastrof. Polčas rozpadu plutónia - v závislosti od jeho izotopu - sa pohybuje od 86 rokov (Pu 238) do 80 miliónov rokov (Pu 244). Koncentrácia každého izotopu poskytuje predstavu o období dezinfekcie oblasti.
Je známe, že v našej dobe existujú kovypodstatne drahšie ako zlato, striebro a platina. Patrí sem plutónium. Je zaujímavé, že plutónium vytvorené v priebehu evolúcie sa v prírode nenachádza. Väčšina prvkov sa získava v laboratórnych podmienkach. Využitie plutónia-239 v jadrových reaktoroch umožnilo, aby sa stal v dnešnej dobe mimoriadne populárnym. Získanie dostatočného množstva tohto izotopu na použitie v reaktoroch ho robí prakticky neoceniteľným.
Plutónium-239 sa vyrába prirodzenev dôsledku reťazca transformácií uránu-239 na neptúnium-239 (polčas rozpadu - 56 hodín). Podobný reťazec umožňuje akumulovať plutónium v jadrových reaktoroch. Miera výskytu požadovaného množstva presahuje miliardovú prirodzenú mieru.
Môžete hovoriť veľa o nevýhodách jadraenergie a o „zvláštnostiach“ ľudstva, ktoré využíva takmer akýkoľvek objav na zničenie svojho vlastného druhu. Objav plutónia-239, ktorý je schopný podieľať sa na jadrovej reťazovej reakcii, umožnil jeho použitie ako zdroja pokojnej energie. Urán-235, ktorý je analógom plutónia, je na Zemi extrémne zriedkavý; je oveľa ťažšie ho oddeliť od uránovej rudy ako získať plutónium.
Rádioizotopová analýza izotopov rádioaktívnych prvkov poskytuje presnejšiu predstavu o životnosti konkrétnej vzorky.
Pomocou transformačného reťazca urán-tóriumobsiahnutý v zemskej kôre, umožňuje určiť vek našej planéty. Táto metóda je základom percentuálneho pomeru týchto prvkov v celej zemskej kôre. Podľa posledných údajov je vek Zeme 4,6 miliárd rokov.
