Povijest proučavanja radioaktivnosti započela je 1. ožujka 1896. godine, kada je poznati francuski znanstvenik Henri Becquerel slučajno otkrio neobičnost u zračenju uranovih soli. Pokazalo se da su fotografske ploče koje se nalaze u istoj kutiji s uzorkom bile osvijetljene. Čudno, vrlo prodorno zračenje koje je uran doveo do toga. Ovo svojstvo pronađeno je u najtežim elementima koji dovršavaju periodni sustav. Dobio je naziv "radioaktivnost".
Predstavljamo karakteristike radioaktivnosti
Ovaj proces je spontana transformacija atoma izotopa elementa u drugi izotop uz istovremeno oslobađanje elementarnih čestica (elektrona, jezgri atoma helija). Pokazalo se da je transformacija atoma spontana, ne zahtijevajući apsorpciju energije izvana. Glavna veličina koja karakterizira proces oslobađanja energije tijekom radioaktivnog raspada naziva se aktivnost.
Aktivnost radioaktivnog uzorka je vjerojatni broj raspada danog uzorka po jedinici vremena. u SI (System International)njegova mjerna jedinica naziva se bekerel (Bq). U 1 becquerel uzima se aktivnost takvog uzorka, u kojem se u prosjeku dogodi 1 raspad u sekundi.
A=λN, gdje je λ konstanta raspada, N je broj aktivnih atoma u uzorku.
Odvojite α, β, γ-raspade. Odgovarajuće jednadžbe nazivaju se pravilima pomaka:
| naslov | Što se događa | jednadžba reakcije |
| α-dezintegracija | transformacija atomske jezgre X u jezgru Y s oslobađanjem jezgre atoma helija | ZAX→Z-2YA- 4 +2On4 |
| β - raspad | transformacija atomske jezgre X u jezgru Y s oslobađanjem elektrona | ZAX→Z+1YA +-1eA |
| γ - raspad | nije popraćeno promjenom u jezgri, energija se oslobađa u obliku elektromagnetskog vala | ZXA→ZXA +γ |
Vremenski interval u radioaktivnosti
Moment raspada čestice ne može se odrediti za ovaj konkretni atom. Za njega je ovo više "nesreća" nego obrazac. Oslobađanje energije koja karakterizira ovaj proces definirano je kao aktivnost uzorka.
Utvrđeno je da postoji vrijeme tijekom kojeg točno polovica atoma danog uzorka prolazi kroz raspad. Ovaj vremenski interval naziva se "poluživot". Koja je svrha uvođenja ovog koncepta?
Što je poluživot?
Čini se da se u određenom vremenskom razdoblju raspada točno polovica svih aktivnih atoma u danom uzorku. No znači li to da će se u vremenu od dva poluraspada svi aktivni atomi potpuno raspasti? Nikako. Nakon određenog trenutka u uzorku ostaje polovica radioaktivnih elemenata, nakon istog vremena polovica preostalih atoma se raspadne i tako dalje. U ovom slučaju, zračenje traje dugo vremena, značajno premašujući vrijeme poluraspada. To znači da aktivni atomi ostaju u uzorku bez obzira na zračenje
Poluživot je vrijednost koja ovisi isključivo o svojstvima dane tvari. Vrijednost količine određena je za mnoge poznate radioaktivne izotope.
Tablica: "Poluživot raspada pojedinačnih izotopa"
| ime | Oznaka | Vrsta raspada | Poluživot |
| Radij | 88Ra219 | alfa | 0, 001 sekunda |
| magnezij | 12Mg27 | beta | 10 minuta |
| Radon | 86Rn222 | alfa | 3, 8 noći |
| kob alt | 27Co60 | beta, gama | 5, 3 godine |
| Radij | 88Ra226 | alfa, gama | 1620 godina |
| Uran | 92U238 | alfa, gama | 4,5 milijardi godina |
Određivanje poluživota se vrši eksperimentalno. Tijekom laboratorijskih studija aktivnost se više puta mjeri. Budući da su laboratorijski uzorci minimalne veličine (sigurnost istraživača je najvažnija), pokus se provodi u različitim vremenskim intervalima, ponavljajući se više puta. Temelji se na redovitosti promjena aktivnosti tvari.
Kako bi se odredio poluživot, aktivnost danog uzorka se mjeri u određenim vremenskim intervalima. Uzimajući u obzir činjenicu da je ovaj parametar povezan s brojem raspadnutih atoma, korištenjem zakona radioaktivnog raspada određuje se poluživot.
Primjer definicije izotopa
Neka broj aktivnih elemenata proučavanog izotopa u danom trenutku bude N, vremenski interval tijekom kojeg je promatranje t2- t 1, gdje su vrijeme početka i završetka promatranja dovoljno blizu. Pretpostavimo da je n broj atoma koji su se raspali u danom vremenskom intervalu, tada je n=KN(t2- t1).
U ovom izrazu, K=0,693/T½ je koeficijent proporcionalnosti, koji se naziva konstanta raspada. T½ - poluživot izotopa.
Uzmimo vremenski interval kao jedinicu. U ovom slučaju, K=n/N označava udio prisutnih jezgri izotopa koji se raspadaju po jedinici vremena.
Znajući vrijednost konstante raspada, može se odrediti i poluživot raspada: T½=0,693/K.
Odavde slijedi da se u jedinici vremena ne raspada određeni broj aktivnih atoma, već određeni dio njih.
Zakon radioaktivnog raspada (LRR)
Poluživot je osnova RRR-a. Obrazac su izveli Frederico Soddy i Ernest Rutherford na temelju rezultata eksperimentalnih studija 1903. godine. Začudo, višestruka mjerenja napravljena uređajima koji su daleko od savršenih, u uvjetima ranog dvadesetog stoljeća, dovela su do točnog i razumnog rezultata. Postao je temelj teorije radioaktivnosti. Izvedimo matematičku notaciju zakona radioaktivnog raspada.
- Neka N0bude broj aktivnih atoma u danom trenutku. Nakonvremenski interval t, N elemenata će ostati neraspadnuti.
- Do trenutka koji je jednak poluživotu, ostat će točno polovica aktivnih elemenata: N=N0/2.
- Nakon drugog poluživota, sljedeće ostaje u uzorku: N=N0/4=N0/22 aktivni atomi.
- Nakon što protekne još jedno poluvrijeme, uzorak će zadržati samo: N=N0/8=N0/ 23.
- Dok prođe n poluživota, N=N0/2aktivnih čestica će ostati u uzorku. U ovom izrazu, n=t/T½: omjer vremena istraživanja i poluživota.
- ZRR ima malo drugačiji matematički izraz, prikladniji za rješavanje problema: N=N02-t/ T½.
Uzorak vam omogućuje da odredite, osim poluživota, broj atoma aktivnog izotopa koji se nisu raspali u danom trenutku. Poznavajući broj atoma uzorka na početku promatranja, nakon nekog vremena moguće je odrediti vijek trajanja ovog lijeka.
Formula za zakon radioaktivnog raspada pomaže u određivanju poluraspada samo ako postoje određeni parametri: broj aktivnih izotopa u uzorku, što je prilično teško saznati.
Posljedice zakona
Možete zapisati RRR formulu koristeći koncepte aktivnosti i atomske mase lijeka.
Aktivnost je proporcionalna broju radioaktivnih atoma: A=A0•2-t/T. U ovoj formuli, A0 je aktivnost uzorka u početnom trenutku vremena, A jeaktivnost nakon t sekundi, T - poluživot.
Masa materije se može koristiti u obrascu: m=m0•2-t/T
Tijekom bilo kojeg jednakih vremenskih intervala, apsolutno isti udio radioaktivnih atoma dostupnih u ovoj drogi se raspada.
Granice primjenjivosti zakona
Zakon je u svakom smislu statistički, definirajući procese koji se odvijaju u mikrokozmosu. Jasno je da je vrijeme poluraspada radioaktivnih elemenata statistička vrijednost. Vjerojatnost događaja u atomskim jezgrama sugerira da se proizvoljna jezgra može raspasti u svakom trenutku. Događaj je nemoguće predvidjeti; moguće je samo odrediti njegovu vjerojatnost u danom trenutku. Kao posljedica toga, poluživot je besmislen:
- za jedan atom;
- za uzorak minimalne težine.
Životni vijek atoma
Postojanje atoma u svom izvornom stanju može trajati sekundu, ili možda milijune godina. O životnom vijeku ove čestice također ne treba govoriti. Uvođenjem vrijednosti jednake prosječnoj vrijednosti životnog vijeka atoma, možemo govoriti o postojanju atoma radioaktivnog izotopa, posljedicama radioaktivnog raspada. Poluživot jezgre atoma ovisi o svojstvima tog atoma i ne ovisi o drugim veličinama.
Je li moguće riješiti problem: kako pronaći poluživot, znajući prosječni životni vijek?
Odredite formulu poluraspada za odnos između prosječnog životnog vijeka atoma i konstante raspadajednako pomaže.
τ=T1/2/ln2=T1/2/0, 693=1/ λ.
U ovom unosu, τ je srednji vijek trajanja, λ je konstanta raspada.
Koristite poluživot
Upotreba ZRR-a za određivanje starosti pojedinačnih uzoraka postala je raširena u istraživanjima krajem 20. stoljeća. Točnost određivanja starosti fosilnih artefakata toliko je porasla da može dati ideju o životnom vijeku tisućljeća prije Krista.
Radiougljična analiza fosilnih organskih uzoraka temelji se na promjenama aktivnosti ugljika-14 (radioaktivnog izotopa ugljika) prisutnog u svim organizmima. Ulazi u živi organizam u procesu metabolizma i sadržan je u njemu u određenoj koncentraciji. Nakon smrti prestaje izmjena tvari s okolinom. Koncentracija radioaktivnog ugljika opada zbog prirodnog raspadanja, aktivnost se proporcionalno smanjuje.
Kada postoji vrijednost kao što je poluživot, formula zakona radioaktivnog raspada pomaže odrediti vrijeme od kraja života organizma.
Radioaktivni transformacijski lanci
Istraživanje radioaktivnosti provedeno je u laboratorijskim uvjetima. Nevjerojatna sposobnost radioaktivnih elemenata da ostanu aktivni satima, danima pa čak i godinama nije mogla ne iznenaditi fizičare s početka dvadesetog stoljeća. Studije, na primjer, torija, popraćene su neočekivanim rezultatom: u zatvorenoj ampuli njegova je aktivnost bila značajna. Na najmanji dah pala je. Zaključak se pokazao jednostavnim: transformacija torija je popraćena oslobađanjem radona (plina). Svi elementi u procesu radioaktivnosti pretvaraju se u sasvim drugu tvar, koja se razlikuje i po fizičkim i po kemijskim svojstvima. Ova je tvar, pak, također nestabilna. Trenutno su poznate tri serije sličnih transformacija.
Poznavanje ovakvih transformacija iznimno je važno u određivanju vremena nedostupnosti zona kontaminiranih u procesu atomskih i nuklearnih istraživanja ili katastrofa. Vrijeme poluraspada plutonija - ovisno o njegovom izotopu - kreće se od 86 godina (Pu 238) do 80 milijuna godina (Pu 244). Koncentracija svakog izotopa daje ideju o razdoblju dezinfekcije teritorija.
Najskuplji metal
Poznato je da u naše vrijeme postoje metali mnogo skuplji od zlata, srebra i platine. Oni uključuju plutonij. Zanimljivo je da se plutonij nastao u procesu evolucije ne pojavljuje u prirodi. Većina elemenata dobivena je u laboratorijskim uvjetima. Eksploatacija plutonija-239 u nuklearnim reaktorima omogućila mu je da ovih dana postane iznimno popularna. Dobivanje dovoljnih količina ovog izotopa za upotrebu u reaktorima čini ga praktički neprocjenjivim.
Plutonij-239 se dobiva u prirodnim uvjetima kao rezultat lanca transformacija urana-239 u neptunij-239 (poluživot - 56 sati). Sličan lanac omogućuje akumulaciju plutonija u nuklearnim reaktorima. Stopa pojavljivanja potrebne količine premašuje prirodni umilijarde puta.
energetske aplikacije
Može se puno pričati o nedostacima nuklearne energije i "neobičnosti" čovječanstva, koje koristi gotovo svako otkriće da uništi svoju vrstu. Otkriće plutonija-239, koji je sposoban sudjelovati u nuklearnoj lančanoj reakciji, omogućilo je njegovu upotrebu kao izvor miroljubive energije. Uran-235, koji je analog plutonija, izuzetno je rijedak na Zemlji, mnogo ga je teže izvući iz uranove rude nego dobiti plutonij.
Starost Zemlje
Radioizotopska analiza izotopa radioaktivnih elemenata daje točniju predodžbu o životnom vijeku određenog uzorka.
Upotrebom lanca transformacija "uran - torij", sadržanog u zemljinoj kori, moguće je odrediti starost našeg planeta. Postotak ovih elemenata u prosjeku u zemljinoj kori je temelj ove metode. Prema posljednjim podacima, starost Zemlje je 4,6 milijardi godina.
