Historien om studien av radioaktivitet började den 1 mars1896, när den berömda franska forskaren Henri Becquerel av misstag upptäckte en konstighet i utsläppet av uransalter. Det visade sig att fotoplåtarna i samma låda med provet var upplysta. Detta orsakades av den konstiga, mycket penetrerande strålning som uran hade. Den här egenskapen hittades i de tyngsta elementen i slutet av det periodiska systemet. Han fick namnet "radioaktivitet".
Denna process är en spontan transformationen atom av en isotop av ett element i en annan isotop med samtidig frisättning av elementära partiklar (elektroner, kärnor av heliumatomer). Transformationen av atomer visade sig vara spontan, utan att absorbera energi från utsidan. Huvudkvantiteten som kännetecknar processen för frigöring av energi under radioaktivt sönderfall kallas aktivitet.
А = λN, där λ är sönderfallskonstanten, N är antalet aktiva atomer i provet.
Tilldela α, β, γ-sönderfall. Motsvarande ekvationer kallas förskjutningsregler:
namn | Vad händer | Reaktionsekvation |
α - förfall | transformation av en atomkärna X till en kärna Y med frisättningen av kärnan i en heliumatom | ZENX→Z-2YA-4+2han4 |
β - förfall | omvandling av en atomkärna X till en kärna Y med frisättning av en elektron | ZENX→Z + 1YEN+-1eEN |
γ - förfall | inte åtföljs av en förändring i kärnan, frigörs energi i form av en elektromagnetisk våg | ZXEN→ZCEN+ y |
Partikelnedbrytningspunkt kan inte ställas inav denna speciella atom. För honom är det mer en "olycka" än ett mönster. Frigöringen av energi som kännetecknar denna process definieras som provets aktivitet.
Det är fastställt att det finns en tid undersom exakt hälften av atomerna i ett givet prov genomgår sönderfall. Detta tidsintervall kallas "halveringstiden". Vad är poängen med att introducera detta koncept?
Det verkar som under en tid som är lika med periodenexakt hälften av alla aktiva atomer i ett givet provförfall. Men betyder det att i en tid av två halveringstider kommer alla aktiva atomer att förfalla helt? Inte alls. Efter ett visst ögonblick förblir hälften av de radioaktiva elementen i provet, efter samma tidsperiod förfaller ytterligare hälften av de återstående atomerna och så vidare. I det här fallet fortsätter strålningen länge och överskrider halveringstiden betydligt. Detta innebär att aktiva atomer hålls kvar i provet oavsett strålning
Halveringstiden är ett värde som enbart beror på egenskaperna hos ett visst ämne. Mängden har bestämts för många kända radioaktiva isotoper.
| namn | beteckning | Förfallstyp | Halveringstid |
Radium | 88Ra219 | alfa | 0,001 sekunder |
magnesium | 12mg27 | beta | 10 minuter |
Radon | 86Rn222 | alfa | 3,8 dagar |
kobolt | 27Co60 | beta, gamma | 5,3 år |
Radium | 88Ra226 | alfa, gamma | 1620 år |
Uranus | 92På238 | alfa, gamma | 4,5 miljarder år |
Halveringstidens bestämning slutfördexperimentellt. Under laboratorietester mäts aktivitet upprepade gånger. Eftersom laboratorieprover är av minimal storlek (forskarens säkerhet är av största vikt) utförs experimentet med olika tidsintervall, upprepas många gånger. Det är baserat på regelbundenheten av förändringar i substansernas aktivitet.
För att bestämma halveringstidenaktiviteten för ett givet prov mäts med vissa intervall. Med hänsyn till det faktum att denna parameter är associerad med antalet förfallna atomer, med användning av lagen om radioaktivt förfall, bestäms halveringstiden.
Låt antalet aktiva element i isotopen som studeras vid en given tidpunkt vara lika med N, tidsintervallet under vilket observationen är t2- t1, där ögonblicken i början och slutet av observation är nära nog. Låt oss anta att n är antalet atomer som förfaller under ett givet tidsintervall, då är n = KN (t2- t1).
I detta uttryck är K = 0,693 / T½ proportionalitetskoefficienten, kallad sönderfallskonstanten. T½ är isotopens halveringstid.
Låt oss ta tidsintervallet som en enhet. I detta fall indikerar K = n / N fraktionen av de nuvarande isotopkärnorna som förfaller per tidsenhet.
Genom att känna till förfallskonstantens värde är det möjligt att bestämma förfallets halveringstid: T½ = 0,693 / K.
Därav följer att inte ett visst antal aktiva atomer sönderfaller per tidsenhet utan en viss bråkdel av dem.
Halveringstiden är grunden för RRP.Mönstret härleddes av Frederico Soddy och Ernest Rutherford baserat på resultaten från experimentella studier 1903. Det är förvånande att flera mätningar som utförts med enheter långt ifrån perfekta under förhållandena i början av 1900-talet ledde till ett exakt och underbyggt resultat. Han blev grunden för teorin om radioaktivitet. Låt oss härleda en matematisk registrering av lagen om radioaktivt förfall.
- Låt N0 - antalet aktiva atomer vid en given tidpunkt. Efter utgången av tidsintervallet t förblir N-element icke-sönderfallna.
- Vid tiden lika med halveringstiden kommer exakt hälften av de aktiva elementen att finnas kvar: N = N0/ 2.
- Efter ytterligare en halveringstid återstår följande i provet: N = N0/ 4 = N0/ 22 aktiva atomer.
- Efter en tid som motsvarar ytterligare en halveringstid behåller provet endast: N = N0/ 8 = N0/ 23.
- När n-halveringstiden har passerat kommer provet att ha N = N0/ 2n aktiva partiklar. I detta uttryck är n = t / T½: förhållandet mellan studietiden och halveringstiden.
- ZRR har ett något annorlunda matematiskt uttryck, bekvämare för att lösa problem: N = N02-t / T½.
Regelbundenheten gör att du kan bestämma, förutomhalveringstid, antalet aktiva isotopatomer som inte har förfallit vid en given tidpunkt. Att känna till antalet atomer i provet i början av observationen, efter en tid är det möjligt att bestämma livslängden för det givna preparatet.
Formeln för lagen om radioaktivt förfall hjälper till att bestämma halveringstiden endast i närvaro av vissa parametrar: antalet aktiva isotoper i provet, vilket är ganska svårt att ta reda på.
Det är möjligt att skriva ner formeln för RRR med begreppet aktivitet och massa av läkemedelsatomerna.
Aktiviteten är proportionell mot antalet radioaktiva atomer: A = A0• 2-t / T... I denna formel A0 Är provets aktivitet vid tidpunkten, A är aktiviteten efter t sekunder, T är halveringstiden.
Massan av ett ämne kan användas i följande mönster: m = m0• 2-t / T
Under alla lika tidsintervall förfaller exakt samma andel radioaktiva atomer som finns tillgängliga i en given beredning.
Lagen är statistisk i alla avseenden,definiera de processer som äger rum i mikrovärlden. Det är tydligt att halveringstiden för radioaktiva element är ett statistiskt värde. Den sannolika karaktären hos händelser i atomkärnor antyder att en godtycklig kärna kan falla sönder när som helst. Det är omöjligt att förutsäga en händelse; du kan bara bestämma dess sannolikhet vid en given tidpunkt. Som en konsekvens är halveringstiden meningslös:
Atons existens i dess originalstaten kan pågå en sekund, och kanske miljoner år. Det finns inte heller något behov av att prata om en viss partikels livstid. Efter att ha infört ett värde som är lika med det genomsnittliga värdet av atomernas livstid kan man prata om förekomsten av atomer av en radioaktiv isotop, konsekvenserna av radioaktivt förfall. Halveringstiden för en atoms kärna beror på egenskaperna hos den givna atomen och beror inte på andra mängder.
Är det möjligt att lösa problemet: hur hittar man halveringstiden, med vetskap om den genomsnittliga livstiden?
Formeln för förhållandet mellan en atoms genomsnittliga livstid och sönderfallskonstanten hjälper till att bestämma halveringstiden lika bra.
τ = T1/2/ ln2 = T1/2/ 0,693 = 1 / A.
I denna notation är τ den genomsnittliga livslängden, λ är sönderfallskonstanten.
Användningen av RRR för att bestämma individens ålderprover blev utbredda i forskning i slutet av 1900-talet. Noggrannheten för att bestämma åldern för fossila artefakter har ökat så mycket att det kan ge en uppfattning om livstiden i årtusenden f.Kr.
Radiokoleanalys av fossila organiska ämnenProverna är baserade på förändringar i aktiviteten hos kol-14 (en radioaktiv isotop av kol) som finns i alla organismer. Den kommer in i en levande organism i metabolismprocessen och ingår i den i en viss koncentration. Efter döden slutar ämnesomsättningen med miljön. Koncentrationen av radioaktivt kol minskar på grund av naturligt förfall, aktiviteten minskar proportionellt.
Med ett sådant värde som halveringstid hjälper formeln för lagen om radioaktivt förfall att bestämma tiden sedan slutet på kroppens vitala aktivitet.
Radioaktivitetsstudier genomfördes ilaboratorieförhållanden. Den fantastiska förmågan hos radioaktiva element att förbli aktiva i timmar, dagar och till och med år kunde inte annat än överraska fysikerna i början av 1900-talet. Studier, till exempel av thorium, åtföljdes av ett oväntat resultat: i en sluten ampull var dess aktivitet betydande. Vid minsta andedräkt föll hon. Slutsatsen visade sig vara enkel: omvandlingen av thorium åtföljs av frisättningen av radon (gas). Alla element i processen för radioaktivitet omvandlas till ett helt annat ämne, olika i både fysiska och kemiska egenskaper. Detta ämne är i sin tur också instabilt. För närvarande är tre serier av liknande transformationer kända.
Kunskap om sådana omvandlingar är extremt viktig ibestämma tiden för otillgänglighet för zoner som är förorenade under atom- och kärnforskning eller katastrofer. Halveringstiden för plutonium - beroende på dess isotop - sträcker sig från 86 år (Pu 238) till 80 miljoner år (Pu 244). Koncentrationen av varje isotop ger en uppfattning om desinfektionsperioden i området.
Det är känt att det finns metaller i vår tidbetydligt dyrare än guld, silver och platina. Detta inkluderar plutonium. Det är intressant att plutonium som skapats i utvecklingsprocessen inte förekommer i naturen. De flesta elementen erhålls under laboratorieförhållanden. Utnyttjandet av plutonium-239 i kärnreaktorer har gjort det möjligt för det att bli extremt populärt idag. Att erhålla en tillräcklig mängd av denna isotop för användning i reaktorer gör det praktiskt taget ovärderligt.
Plutonium-239 produceras naturligtsom en följd av kedjan av transformationer av uran-239 till neptunium-239 (halveringstid - 56 timmar). En liknande kedja gör det möjligt att ackumulera plutonium i kärnreaktorer. Det erforderliga beloppets utseende överstiger den naturliga räntan med miljarder gånger.
Det finns mycket att säga för nackdelarna med atomenergi och om mänsklighetens "konstigheter", som använder nästan vilken upptäckt som helst för att förstöra sitt eget slag. Upptäckten av plutonium-239, som kan delta i en kärnkedjereaktion, gjorde det möjligt att använda det som en källa till fredlig energi. Uran-235, som är en analog av plutonium, är extremt sällsynt på jorden; det är mycket svårare att separera det från uranmalm än att få plutonium.
Radioisotopanalys av isotoper av radioaktiva element ger en mer exakt bild av livslängden för ett visst prov.
Använda uran-thorium-transformationskedjan,som finns i jordskorpan, gör det möjligt att bestämma vår planets ålder. Procentförhållandet för dessa element i genomsnitt genom hela jordskorpan utgör grunden för denna metod. Enligt de senaste uppgifterna är jordens ålder 4,6 miljarder år.
