Historija proučavanja radioaktivnosti počela je 1. marta 1896. godine, kada je poznati francuski naučnik Henri Becquerel slučajno otkrio neobičnost u zračenju soli uranijuma. Ispostavilo se da su fotografske ploče koje se nalaze u istoj kutiji sa uzorkom bile osvijetljene. Čudno, veoma prodorno zračenje koje je uranijum dovelo do ovoga. Ovo svojstvo je pronađeno u najtežim elementima koji upotpunjuju periodni sistem. Dobio je naziv "radioaktivnost".
Predstavljamo karakteristike radioaktivnosti
Ovaj proces je spontana transformacija atoma izotopa elementa u drugi izotop uz istovremeno oslobađanje elementarnih čestica (elektrona, jezgara atoma helijuma). Pokazalo se da je transformacija atoma spontana, ne zahtijevajući apsorpciju energije izvana. Glavna veličina koja karakteriše proces oslobađanja energije tokom radioaktivnog raspada naziva se aktivnost.
Aktivnost radioaktivnog uzorka je vjerojatni broj raspada datog uzorka po jedinici vremena. U SI (System International)njegova jedinica mjere se zove bekerel (Bq). U 1 bekerelu uzima se aktivnost takvog uzorka, u kojem se u prosjeku javlja 1 raspad u sekundi.
A=λN, gdje je λ konstanta raspada, N je broj aktivnih atoma u uzorku.
Odvojite α, β, γ-raspade. Odgovarajuće jednačine se nazivaju pravila pomaka:
| naslov | Šta se dešava | jednačina reakcije |
| α-dezintegracija | transformacija atomskog jezgra X u jezgro Y sa oslobađanjem jezgra atoma helijuma |
ZAX→Z-2YA- 4 +2He4 |
| β - raspadanje | transformacija atomskog jezgra X u jezgro Y sa oslobađanjem elektrona | ZAX→Z+1YA +-1eA |
| γ - raspad | nije praćeno promjenom u jezgru, energija se oslobađa u obliku elektromagnetnog talasa | 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 karakteriše ovaj proces definisano je kao aktivnost uzorka.
Utvrđeno je da postoji vrijeme tokom kojeg tačno polovina atoma datog uzorka prolazi kroz raspad. Ovaj vremenski interval naziva se "poluživot". Koja je svrha uvođenja ovog koncepta?
Šta je poluživot?
Izgleda da se u određenom vremenskom periodu raspada tačno polovina svih aktivnih atoma u datom uzorku. Ali da li to znači da će se u vremenu od dva poluraspada svi aktivni atomi potpuno raspasti? Ne sve. Nakon određenog trenutka polovina radioaktivnih elemenata ostaje u uzorku, nakon istog vremenskog perioda polovina preostalih atoma se raspada 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
Vrijeme poluraspada je vrijednost koja zavisi isključivo od svojstava date supstance. Vrijednost količine je određena za mnoge poznate radioaktivne izotope.
Tabela: "Poluživot raspada pojedinačnih izotopa"
| Ime | Designation | Vrsta raspada | Poluživot |
| Radijum |
88Ra219 |
alpha | 0, 001 sekunda |
| Magnezijum | 12Mg27 | beta | 10 minuta |
| Radon | 86Rn222 | alpha | 3, 8 noći |
| kob alt | 27Co60 | beta, gama | 5, 3 godine |
| Radijum | 88Ra226 | alfa, gama | 1620 godina |
| Uran | 92U238 | alfa, gama | 4,5 milijardi godina |
Određivanje poluživota se vrši eksperimentalno. U toku laboratorijskih studija, aktivnost se više puta mjeri. Kako su laboratorijski uzorci minimalne veličine (sigurnost istraživača je najvažnija), eksperiment se izvodi u različitim vremenskim intervalima, ponavljajući se više puta. Zasniva se na redovnosti promjena aktivnosti supstanci.
Da bi se odredio poluživot, aktivnost datog uzorka se mjeri u određenim vremenskim intervalima. Uzimajući u obzir činjenicu da je ovaj parametar povezan sa brojem raspadnutih atoma, korištenjem zakona radioaktivnog raspada određuje se vrijeme poluraspada.
Primjer definicije izotopa
Neka broj aktivnih elemenata proučavanog izotopa u datom trenutku bude N, vremenski interval tokom kojeg je posmatranje t2- t 1, gdje su vrijeme početka i završetka promatranja dovoljno blizu. Pretpostavimo da je n broj atoma koji su se raspali u datom 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 u jedinici vremena.
Znajući vrijednost konstante raspada, može se odrediti i poluživot raspada: T½=0,693/K.
Odavde slijedi da se ne raspada određeni broj aktivnih atoma u jedinici vremena, već određeni dio njih.
Zakon radioaktivnog raspada (LRR)
Poluživot je osnova RRR-a. Obrazac su izveli Frederico Soddy i Ernest Rutherford na osnovu rezultata eksperimentalnih studija 1903. godine. Začudo, višestruka mjerenja napravljena uređajima koji su daleko od savršenih, u uslovima ranog dvadesetog vijeka, dovela su do tačnog i razumnog rezultata. To je postalo osnova teorije radioaktivnosti. Hajde da izvedemo matematičku notaciju zakona radioaktivnog raspada.
- Neka N0bude broj aktivnih atoma u datom trenutku. Poslijevremenski interval t, N elemenata će ostati neraspadnuti.
- U trenutku koji je jednak poluživotu, tačno polovina aktivnih elemenata će ostati: N=N0/2.
- Nakon drugog poluživota, u uzorku ostaje sljedeće: 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=N0/2aktivne čestice će ostati u uzorku. U ovom izrazu, n=t/T½: odnos vremena istraživanja i poluživota.
- ZRR ima malo drugačiji matematički izraz, pogodniji za rješavanje problema: N=N02-t/ T½.
Obrazac vam omogućava da odredite, pored poluživota, broj atoma aktivnog izotopa koji se nisu raspali u datom trenutku. Poznavajući broj atoma uzorka na početku posmatranja, nakon nekog vremena moguće je odrediti vijek trajanja ovog lijeka.
Formula za zakon radioaktivnog raspada pomaže da se odredi poluživot 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
Tokom 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 i definiše procese koji se odvijaju u mikrokosmosu. Jasno je da je vrijeme poluraspada radioaktivnih elemenata statistička vrijednost. Vjerovatna priroda događaja u atomskim jezgrama sugerira da se proizvoljno jezgro može raspasti u svakom trenutku. Događaj je nemoguće predvidjeti, moguće je samo odrediti njegovu vjerovatnoću u datom trenutku. Kao posljedica toga, vrijeme poluraspada je besmisleno:
- za jedan atom;
- za uzorak minimalne težine.
Životni vijek atoma
Postojanje atoma u svom izvornom stanju može trajati sekundu, ili možda milione godina. O životnom veku ove čestice takođe ne treba govoriti. Uvođenjem vrijednosti jednake prosječnoj vrijednosti životnog vijeka atoma, možemo govoriti o postojanju atoma radioaktivnog izotopa, posljedicama radioaktivnog raspada. Poluživot jezgra atoma zavisi od svojstava ovog atoma i ne zavisi od drugih veličina.
Da li je moguće riješiti problem: kako pronaći vrijeme poluraspada, znajući prosječan životni vijek?
Odredite formulu poluraspada za odnos između prosječnog životnog vijeka atoma i konstante raspadapomaže isto toliko.
τ=T1/2/ln2=T1/2/0, 693=1/ λ.
U ovom unosu, τ je srednji životni vijek, λ je konstanta raspada.
Koristite poluživot
Upotreba ZRR-a za određivanje starosti pojedinačnih uzoraka postala je široko rasprostranjena u istraživanjima krajem 20. stoljeća. Preciznost određivanja starosti fosilnih artefakata toliko je porasla da može dati predstavu o životnom vijeku milenijuma prije nove ere.
Radiokarbonska analiza fosilnih organskih uzoraka zasniva 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, razmjena tvari sa okolinom prestaje. Koncentracija radioaktivnog ugljika opada zbog prirodnog raspadanja, aktivnost opada proporcionalno.
Kada postoji vrijednost kao što je poluživot, formula zakona radioaktivnog raspada pomaže u određivanju vremena od kraja života organizma.
Lanci radioaktivne transformacije
Istraživanje radioaktivnosti obavljeno je u laboratorijskim uslovima. Neverovatna sposobnost radioaktivnih elemenata da ostanu aktivni satima, danima, pa čak i godinama, nije mogla da ne iznenadi fizičare s početka dvadesetog veka. Studije, na primjer, torija, bile su popraćene neočekivanim rezultatom: u zatvorenoj ampuli njegova aktivnost je bila značajna. Na najmanji dah pala je. Zaključak se pokazao jednostavnim: transformacija torija je praćena oslobađanjem radona (gasa). Svi elementi se u procesu radioaktivnosti pretvaraju u potpuno drugačiju tvar, koja se razlikuje i po fizičkim i po kemijskim svojstvima. Ova supstanca je, zauzvrat, također nestabilna. Trenutno su poznate tri serije sličnih transformacija.
Poznavanje ovakvih transformacija je izuzetno važno u određivanju vremena nepristupačnosti zona kontaminiranih u procesu atomskih i nuklearnih istraživanja ili katastrofa. Poluživot plutonijuma - zavisno od njegovog izotopa - kreće se od 86 godina (Pu 238) do 80 miliona godina (Pu 244). Koncentracija svakog izotopa daje predstavu o periodu dezinfekcije teritorije.
Najskuplji metal
Poznato je da u naše vrijeme postoje metali mnogo skuplji od zlata, srebra i platine. Oni uključuju plutonijum. Zanimljivo je da se plutonijum nastao u procesu evolucije ne pojavljuje u prirodi. Većina elemenata dobijena je u laboratorijskim uslovima. Eksploatacija plutonija-239 u nuklearnim reaktorima omogućila mu je da ovih dana postane izuzetno popularna. Dobivanje dovoljnih količina ovog izotopa za upotrebu u reaktorima čini ga praktično neprocjenjivim.
Plutonijum-239 se dobija u prirodnim uslovima kao rezultat lanca transformacija uranijuma-239 u neptunijum-239 (poluživot - 56 sati). Sličan lanac omogućava akumulaciju plutonija u nuklearnim reaktorima. Stopa pojavljivanja potrebne količine premašuje prirodnu inmilijarde puta.
Energetske aplikacije
Može se mnogo pričati o nedostacima nuklearne energije i "čudnosti" čovječanstva, koje koristi gotovo svako otkriće da uništi svoju vrstu. Otkriće plutonijuma-239, koji je sposoban da učestvuje u nuklearnoj lančanoj reakciji, omogućilo je da se koristi kao izvor miroljubive energije. Uranijum-235, koji je analog plutonijuma, izuzetno je redak na Zemlji, mnogo je teže izvući ga iz rude uranijuma nego dobiti plutonijum.
Age of the Earth
Radioizotopska analiza izotopa radioaktivnih elemenata daje tačniju predstavu o životnom vijeku određenog uzorka.
Upotreba lanca transformacija "uranijum - torijum", sadržanog u zemljinoj kori, omogućava određivanje starosti naše planete. Procenat ovih elemenata u proseku u zemljinoj kori je osnova ove metode. Prema najnovijim podacima, starost Zemlje je 4,6 milijardi godina.
