Период полураспада радиоактивных элементов – определение и как его определяют? Формула периода полураспада

Содержание

Что такое период полураспада простыми словами?

Период полураспада радиоактивного элемента — промежуток времени, за который распадается половина от исходного количества ядер изотопа радиоактивного элемента.

Что называется периодом полураспада?

Период полураспада – время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер. Эта величина, обозначаемая T1/2, является константой для данного радиоактивного ядра (изотопа). Период полураспада может изменяться от миллиардных долей секунды до 1019 и более лет. …

Что такое постоянная распада?

ПОСТОЯННАЯ РАСПАДА (λ) — статистическая вероятность распада атома за единицу времени; П. р. обратно пропорциональна средней продолжительности жизни (τ) атома изотопа λ= Связана с периодом полураспада Т½ соотношением λ= П. р.

Почему так называют период полураспада?

Период полураспада радиоактивных материалов оказался связан с Солнцем Радиоактивным материал делает способность ядер его атомов распадаться, испуская при этом различные элементарные частицы. Время, за которое распадается половина атомов, называется периодом полураспада.

Что такое период полураспада изотопа каково его значение?

, в течение которого система распадается с вероятностью 1/2. Период полураспада является константой для данного радиоактивного ядра (изотопа). Для различных изотопов эта величина может изменяться от десятков аттосекунд до 1019 и более лет, что превышает возраст Вселенной.

В чем заключается закон радиоактивного распада?

Зако́н радиоакти́вного распа́да — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и от количества радиоактивных атомов в образце. которое означает, что число распадов −dN, произошедшее за короткий интервал времени dt, пропорционально числу атомов N в образце.

Как записывается закон радиоактивного распада?

Если в момент t=0 количество вещества было N0, то закон радиоактивного распада записывается в виде: N(t)=N0e−λt. Далее мы введем две полезных величины, вытекающие из данного закона. Периодом полураспада T радиоактивного материала называется время, необходимое для распада половины первоначального количества вещества.

В чем измеряется постоянная распада?

где N — количество радиоактивных атомов; λ — постоянная распада. Выражение (1) означает то, что количество распадов за время t пропорционально N. Постоянная λ измеряется в обратных секундах: [λ]=1с.

Какие законы выполняются при радиоактивном распаде ядра?

Резерфорд сформулировал правила смещения при радиоактивном распаде. С помощью данного правила с помощью исходного ядра можно найти ядро, которое получится вследствие того или иного распада (Рис. 1). Здесь выполняется закон сохранения электрического заряда и закон сохранения массы.

Что меняется в атоме при радиоактивном распаде?

Альфа-распад Альфа-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4He). В результате α-распада атом смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева (то есть заряд ядра Z уменьшается на 2), массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.

Что такое радиоактивность в физике?

Radioactivity. Радиоактивность – самопроизвольные превращения атомных ядер, сопровождающиеся испусканием элементарных частиц или более лёгких ядер.

Как изменится число радиоактивных ядер атомов с течением времени?

Закон радиоактивного распада: число радиоактивных (нераспавшихся) ядер с течением времени убывает по экспоненциальному закону: N = N 0e −λ t , График зависимости числа радиоактивных ядер от времени N(t) приведен на рис.

Как найти время распавшихся ядер?

Эта формула выражает закон радиоактивного распада: количество нераспавшихся с течением времени ядер определяется как произведение начального количества ядер на 2 в степени, равной отношению времени наблюдения к периоду полураспада, взятой с отрицательным знаком.

Как происходит альфа распад ядер?

А́льфа-распа́д — вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание дважды магического ядра гелия 4He — альфа-частицы. При этом массовое число ядра уменьшается на 4, а атомный номер — на 2.

Как найти активность препарата?

  1. число радиоактивных ядер уменьшается в е = 2,71.
  2. раз: τ = 1/ λ
  3. Период полураспада T1/2 – время, за которое число
  4. радиоактивных ядер уменьшается вдвое.
  5. Активность препарата = Число распадов в единицу
  6. времени I = dN / dt = N λ

Что такое активность радиоактивного препарата?

— мера радиоактивности вещества, выраженная числом распадов его ядер в единицу времени; измеряется в кюри (мкюри, мккюри); активность радиоактивного вещества учитывается, например, при выборе радиофармацевтического препарата, при оценке опасности работы с радиоактивным веществом и т.

Как рассчитать активность?

Свойства реальных растворов описываются уравнениями, в которых вместо концентраций вводится активность. Активность иона ai выражается в виде произведения концентрации иона mi на его коэффициент активности i: ai = i mi. где n = n + + n -.

Как рассчитать активность радионуклида?

Концентрация радионуклидов измеряется в расп/сек*кг. Массу m радионуклида активностью А можно рассчитать по формуле : m = 2.4*10-24*M*T*A где М — массовое число радионуклида, А — активность в Беккерелях, T — период полураспада в секундах.

Какой буквой обозначается активность радиоактивного источника?

Беккере́ль (русское обозначение: Бк; международное: Bq) — единица измерения активности радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ). Один беккерель определяется как активность источника, в котором за одну секунду происходит в среднем один радиоактивный распад.

В чем измеряется активность?

Единицы измерения активности В Международной системе единиц (СИ) единицей активности является беккерель (русское обозначение: Бк; международное: Bq); 1 Бк = с−1. В образце с активностью 1 Бк происходит в среднем 1 распад в секунду.

Что такое активность вещества?

Акти́вность компонентов раствора — эффективная (кажущаяся) концентрация компонентов с учётом различных взаимодействий между ними в растворе, то есть с учётом отклонения поведения системы от модели идеального раствора. …

Что такое активности?

Акти́вность (лат. activus — деятельный) — понятие, определяющее темп движения и интенсивность действий веществ, явлений и живых организмов. Активность определяется в сравнении.

Что такое активность радионуклида?

Активность радионуклидов — мера радиоактивности источника, равная числу самопроизвольных ядерных превращений п в источнике за определенный временной интервал. Единица активности — беккерель, [Бк]; 1 Бк равен одному ядерному превращению (распаду) за 1 секунду (1Бк = 1 расп./с).

Что такое Активность А радионуклида?

Активность (радионуклида) — мера радиоактивности (далее — А).

В чем измеряется активность радионуклидов?

Кюри́

В чем измеряются радионуклиды?

Для измерения активности радионуклидов цезия используют гамма-излучение, а для стронция — бета-излучение. Поэтому различают бета-радиометры и гамма-радиометры. С помощью гамма-радиометров определяют удельную и объёмную активность цезия-134, цезия-137, тория-232, радия-226, калия-40.

Каков период полураспада радиоактивного элемента у которого активность уменьшается в 4 раза?

Ответ: Т = 4 суток.

Какой процент радиоактивных ядер кобальта?

Ответ: 74,6%.

Какая доля радиоактивных ядер распадается за время равное половине периода полураспада?

Какая доля радиоактивных ядер некоторого элемента распадается за время, равное половине периода полураспада? Решение. Ответ: 0,29.

Как определить период полураспада?

Разделите количество вещества в одной точке во времени на количество вещества, оставшееся после определенного периода времени.

  1. Формула для вычисления периода полураспада: t1/2 = t * ln(2)/ln(N0/Nt)
  2. В этой формуле: t — прошедшее время, N0 — начальное количество вещества и Nt — количество вещества через прошедшее время.

История изучения радиоактивности началась 1 марта 1896 года, когда известный французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил странность в излучении солей урана. Оказалось, что фотопластинки, расположенные в одном ящике с образцом, засвечены. К этому привело странное, обладающее высокой проникающей способностью излучение, которым обладал уран. Это свойство обнаружилось у самых тяжелых элементов, завершающих периодическую таблицу. Ему дали название “радиоактивность”.

Вводим характеристики радиоактивности

Данный процесс – самопроизвольное превращение атома изотопа элемента в иной изотоп с одновременным выделением элементарных частиц (электронов, ядер атомов гелия). Превращение атомов оказалось самопроизвольным, не требующим поглощения энергии извне. Основной величиной, характеризующей процесс выделения энергии в ходе радиоактивного распада, называют активность.

Активностью радиоактивного образца называют вероятное количество распадов данного образца за единицу времени. В СИ (Системе интернациональной) единицей измерения ее назван беккерель (Бк). В 1 беккерель принята активность такого образца, в котором в среднем происходит 1 распад в секунду.

А=λN, где λ- постоянная распада, N – число активных атомов в образце.

Выделяют α, β, γ-распады. Соответствующие уравнения называют правилами смещения:

название

Что происходит

Уравнение реакции

α –распад

превращение атомного ядра Х в ядро Y с выделением ядра атома гелия

ZАХZ-2YА-4+2He4

β – распад

превращение атомного ядра Х в ядро Y с выделением электрона

ZАХZ+1YА+-1eА

γ – распад

не сопровождается изменением ядра, энергия выделяется в виде электромагнитной волны

ZХАZXА

Временной интервал в радиоактивности

Момент развала частицы невозможно установить для данного конкретного атома. Для него это скорее «несчастный случай», нежели закономерность. Выделение энергии, характеризующее этот процесс, определяют как активность образца.

imageЗамечено, что она с течением времени меняется. Хотя отдельные элементы демонстрируют удивительное постоянство степени излучения, существуют вещества, активность которых уменьшается в несколько раз за достаточно короткий промежуток времени. Удивительное разнообразие! Возможно ли найти закономерность в этих процессах?

Установлено, что существует время, в течение которого ровно половина атомов данного образца претерпевает распад. Этот интервал времени получил название “период полураспада”. В чем смысл введения этого понятия?

Что такое период полураспада?

Представляется, что за время, равное периоду, ровно половина всех активных атомов данного образца распадается. Но означает ли это, что за время в два периода полураспада все активные атомы полностью распадутся? Совсем нет. Через определенный момент в образце остается половина радиоактивных элементов, через такой же промежуток времени из оставшихся атомов распадается еще половина, и так далее. При этом излучение сохраняется длительное время, значительно превышающее период полураспада. Значит, активные атомы сохраняются в образце независимо от излучения

Период полураспада – это величина, зависящая исключительно от свойств данного вещества. Значение величины определено для многих известных радиоактивных изотопов.

Таблица: «Полупериод распада отдельных изотопов»

Название

Обозначение

Вид распада

Период полураспада

Радий

88Ra219

альфа

0,001 секунд

Магний

12Mg27

бета

10 минут

Радон

86Rn222

альфа

3,8 суток

Кобальт

27Co60

бета, гамма

5,3 года

Радий

88Ra226

альфа, гамма

1620 лет

Уран

92U238

альфа, гамма

4,5 млрд лет

Определение периода полураспада выполнено экспериментально. В ходе лабораторных исследований многократно проводится измерение активности. Поскольку лабораторные образцы минимальных размеров (безопасность исследователя превыше всего), эксперимент проводится с различным интервалом времени, многократно повторяясь. В его основу положена закономерность изменения активности веществ.

С целью определения периода полураспада производится измерение активности данного образца в определенные промежутки времени. С учетом того, что данный параметр связан с количеством распавшихся атомов, используя закон радиоактивного распада, определяют период полураспада.

Пример определения для изотопа

Пусть число активных элементов исследуемого изотопа в данный момент времени равно N, интервал времени, в течение которого ведется наблюдение t2– t1, где моменты начала и окончания наблюдения достаточно близки. Допустим, что n – число атомов, распавшихся в данный временной интервал, тогда n = KN(t2– t1).

В данном выражении K = 0,693/T½ – коэффициент пропорциональности, называющийся константой распада. T½ – период полураспада изотопа.

Примем временной интервал за единицу. При этом K = n/N указывает долю от присутствующих ядер изотопа, распадающихся в единицу времени.

Зная величину константы распада, можно определить и полупериод распада: T½ = 0,693/K.

Отсюда следует, что за единицу времени распадается не определенное количество активных атомов, а определенная их доля.

Закон радиоактивного распада (ЗРР)

Период полураспада положен в основу ЗРР. Закономерность выведена Фредерико Содди и Эрнестом Резерфордом на основе результатов экспериментальных исследований в 1903 году. Удивительно, что многократные измерения, выполненные при помощи приборов, далеких от совершенства, в условиях начала ХХ столетия, привели к точному и обоснованному результату. Он стал основой теории радиоактивности. Выведем математическую запись закона радиоактивного распада.

– По прошествии еще одного периода полураспада в образце остаются: N=N/4=N/22 активных атомов.

– По прошествии времени, равному еще одному периоду полураспада, образец сохранит только: N=N/8=N/23.

– К моменту времени, когда пройдет n периодов полураспада, в образце останется N=N/2n активных частиц. В этом выражении n=t/T½: отношение времени исследования к периоду полураспада.

– ЗРР имеет несколько иное математическое выражение, более удобное в решении задач: N=N2t/.

Закономерность позволяет определить, помимо периода полураспада, число атомов активного изотопа, нераспавшихся в данный момент времени. Зная число атомов образца в начале наблюдения, через некоторое время можно определить время жизни данного препарата.

Определить период полураспада формула закона радиоактивного распада помогает лишь при наличии определенных параметров: числа активных изотопов в образце, что узнать достаточно сложно.

Следствия закона

Записать формулу ЗРР можно, используя понятия активности и массы атомов препарата.

Активность пропорциональна числу радиоактивных атомов: A=A•2-t/T. В этой формуле А – активность образца в начальный момент времени, А – активность по истечении t секунд, Т – период полураспада.

Масса вещества может быть использована в закономерности: m=m•2-t/T

В течение любых равных промежутков времени распадается абсолютно одинаковая доля радиоактивных атомов, имеющихся в наличии в данном препарате.

Границы применимости закона

Закон во всех смыслах является статистическим, определяя процессы, протекающие в микромире. Понятно, что период полураспада радиоактивных элементов – величина статистическая. Вероятностный характер событий в атомных ядрах предполагает, что произвольное ядро может развалиться в любой момент. Предсказать событие невозможно, можно лишь определить его вероятность в данный момент времени. Как следствие, период полураспада не имеет смысла:

  • для отдельного атома;
  • для образца минимальной массы.

Время жизни атома

Существование атома в его первоначальном состоянии может длиться секунду, а может и миллионы лет. Говорить о времени жизни данной частицы также не приходится. Введя величину, равную среднему значению времени жизни атомов, можно вести разговор о существовании атомов радиоактивного изотопа, последствиях радиоактивного распада. Период полураспада ядра атома зависит от свойств данного атома и не зависит от других величин.

Можно ли решить проблему: как найти период полураспада, зная среднее время жизни?

Определить период полураспада формула связи среднего времени жизни атома и постоянной распада помогает не меньше.

τ= T1/2/ln2= T1/2/0,693=1/ λ.

В этой записи τ – среднее время жизни, λ – постоянная распада.

Использование периода полураспада

Применение ЗРР для определения возраста отдельных образцов получило широкое распространение в исследованиях конца ХХ века. Точность определения возраста ископаемых артефактов настолько возросла, что может дать представление о времени жизни за тысячелетия до нашей эры.

Радиоуглеродный анализ ископаемых органических образцов основан на изменении активности углерода-14 (радиоактивного изотопа углерода), присутствующего во всех организмах. Он попадает в живой организм в процессе обмена веществ и содержится в нем в определенной концентрации. После смерти обмен веществ с окружающей средой прекращается. Концентрация радиоактивного углерода падает вследствие естественного распада, активность уменьшается пропорционально.

При наличии такого значения, как период полураспада, формула закона радиоактивного распада помогает определить время с момента прекращения жизнедеятельности организма.

Цепочки радиоактивного превращения

Исследования радиоактивности проводились в лабораторных условиях. Удивительная способность радиоактивных элементов сохранять активность в течение часов, суток и даже лет не могла не вызывать удивления у физиков начала ХХ столетия. Исследования, к примеру, тория, сопровождались неожиданным результатом: в закрытой ампуле активность его была значительной. При малейшем дуновении она падала. Вывод оказался прост: превращение тория сопровождается выделением радона (газ). Все элементы в процессе радиоактивности превращаются в совершенно иное вещество, отличающееся и физическими, и химическими свойствами. Это вещество, в свою очередь, также нестабильно. В настоящее время известно три ряда аналогичных превращений.

Знания о подобных превращениях крайне важны при определении времени недоступности зон, зараженных в процессе атомных и ядерных исследований или катастроф. Период полураспада плутония – в зависимости от его изотопа – лежит в интервале от 86 лет (Pu 238) до 80 млн лет (Pu 244). Концентрация каждого изотопа дает представление о периоде обеззараживания территории.

Самый дорогой металл

Известно, что в наше время есть металлы значительно более дорогие, чем золото, серебро и платина. К ним относится и плутоний. Интересно, что в природе созданный в процессе эволюции плутоний не встречается. Большинство элементов получены в лабораторных условиях. Эксплуатация плутония-239 в ядерных реакторах дала возможность ему стать чрезвычайно популярным в наши дни. Получение достаточного для использования в реакторах количества данного изотопа делает его практически бесценным.

Плутоний-239 получается в естественных условиях как следствие цепочки превращений урана-239 в нептуний-239 (период полураспада – 56 часов). Аналогичная цепочка позволяет накопить плутоний в ядерных реакторах. Скорость появления необходимого количества превосходит естественную в миллиарды раз.

Применение в энергетике

Можно много говорить о недостатках атомной энергетики и о «странностях» человечества, которое практически любое открытие использует для уничтожения себе подобных. Открытие плутония-239, который способен принимать участие в цепной ядерной реакции, позволило использовать его в качестве источника мирной энергии. Уран-235, являющийся аналогом плутония, встречается на Земле крайне редко, выделить его из урановой руды значительно сложнее, чем получить плутоний.

Возраст Земли

Радиоизотопный анализ изотопов радиоактивных элементов дает более точное представление о времени жизни того или иного образца.

Использование цепочки превращений “уран – торий”, содержащихся в земной коре, дает возможность определить возраст нашей планеты. Процентное соотношение этих элементов в среднем по всей земной коре лежит в основе этого метода. По последним данным, возраст Земли составляет 4,6 миллиарда лет.

Материалы по теме:

1. Дайте определение периода полураспада. Почему период полураспада не зависит от начального числа частиц?

Период полураспада – это промежуток времени, за который распадается половина из первоначального числа атомов. Период полураспада не зависит от первоначального числа частиц, так как есть вероятность распада каждого атома в отдельности.

2. Выведите закон радиоактивного распада.

Если в начальный момент было

нераспавшихся атомов, через период полураспада их осталось в 2 раза меньше. Еще через полупериод их станет

Через n периодов их число будет

Учтем, что

Получаем

– закон радиоактивного распада.

3.Постройте график зависимости числа нераспавшихся атомов от времени при двух различных значениях периода полураспада.

4. Какая физическая величина характеризует скорость радиоактивного распада? В каких единицах она измеряется?

Активность радиоактивного вещества характеризует скорость распада. Она измеряется в беккерелях (1Бк).

5. Опишите серию радиоактивных превращений Какие изотопы относятся к радиоактивному семейству урана?

Период полураспада этой радиоактивной серии равен

годам. Конечный изотоп –

К радиоактивному семейству урана относятся

Источник:

Решебник по физике за 11 класс (Касьянов В.А., 2002 год), задача №91 к главе «Физика атомного ядра. § 84. Закон радиоактивного распада».

← Ответы на вопросы “Физика атомного ядра. § 83. Естественная радиоактивность” 1. Конечным продуктом радиоактивного распада является свинец Период полураспада составляет 4,5•109 лет. Определите возраст минерала, в котором число атомов урана и свинца одинаково. →

Для характеристики скорости распада радиоактивных элементов используют особую величину – период полураспада. Для каждого радиоактивного изотопа существует определенный интервал времени, в течение которого активность снижается в два раза. Этот интервал времени и носит название период полураспада.

Период полураспада (ТВЅ) – это время, в течении которого распадается половина исходного количества радиоактивных ядер. Период полураспада – величина строго индивидуальная для каждого радиоизотопа. У одного и того же элемента могут быть изотопы с разными периодами полураспада. Имеются изотопы с периодом полураспада от долей секунды до миллиардов лет (от 3х10–7 с до 5х1015 лет). Так для полония-214 ТВЅ равен 1,6В·10–4 с, для кадмия-113 – 9,3х1015 лет. Радиоактивные элементы подразделяются на короткоживущие (период полураспада исчисляется часами и днями) – родон-220 – 54,5 с, висмут-214 – 19,7 мин, иттрий-90 – 64 часа, стронций – 89 – 50,5 дня и долгоживущие (период полураспада исчисляется годами) – радий – 226 – 1600 лет, плутоний-239 – 24390 лет, рений-187 – 5х1010 лет, калий-40 – 1,32х109 лет.

Для каждого радиоактивного изотопа средняя скорость распада его ядер постоянная, неизменная и характерная только для данного изотопа. Количество радиоактивных атомов какого-либо элемента, распадающихся за промежуток времени пропорционально общему количеству имеющихся радиоактивных атомов.

dN = – lNdt,

где В В dN – количество распадающихся ядер,

dt – промежуток времени,

N – количество имеющихся ядер,

-l – коэффициент пропорциональности (постоянная радиоактивного распада).

Постоянная радиоактивного распада показывает вероятность распада атомов радиоактивного вещества в единицу времени, характеризует долю атомов данного радионуклида, распадающихся в единицу времени, т.е. постоянная радиоактивного распада характеризует относительную скорость распада ядер данного радионуклида. Знак минус (-l) показывает, что количество радиоактивных ядер убывает со временем. Постоянную распада выражают в обратных единицах времени: с–1, мин–1 и т.д. Величину, обратную постоянной распада (r=1/l), называют средней продолжительностью жизни ядра.

Таким образом, закон радиоактивного распада устанавливает, что за единицу времени распадается всегда одна и та же доля нераспавшихся ядер данного радионуклида. Математический закон радиоактивного распада можно показать в виде формулы: О»t

Nt = No х е-О»t,

где В В В Nt – количество радиоактивных ядер, остающихся по окончании времени t;

No – исходное количество радиоактивных ядер в момент времени t;

е – основание натуральных логорифмов (=2,72);

-l – постоянная радиоактивного распада;

t – промежуток времени (равен t–to).

Т.е. число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненте. По этой формуле можно рассчитать число нераспавшихся атомов в данный момент времени. Для характеристики скорости распада радиоактивных элементов на практике вместо постоянной распада пользуются периодом полураспада.

Особенность радиоактивного распада в том, что ядра одного и того же элемента распадаются не все сразу, а постепенно, в различное время. Момент распада каждого ядра не может быть предсказан заранее. Поэтому распад любого радиоактивного элемента подчиняется статистическим закономерностям, носит вероятностный характер и может быть математически определен для большого количества радиоактивных атомов. Иными словами, распад ядер происходит неравномерно – то большими, то меньшими порциями. Из этого следует практический вывод, что при одном и том же времени измерения числа импульсов от радиоактивного препарата мы можем получить разные значения. Следовательно, для получения верных данных необходимо измерения одной и той же пробы проводить не один, а несколько раз, и чем больше, тем точнее будут результаты.

Просмотров 45 785 КомментариевПознавательно:Скажи свое мнение:

Количество истекших

периодов полураспада

Остающаяся фракция

Остающийся процент

1 1

100

1

1

2

50

2

1

4

25

3

1

8

12

.5

4

1

16

6

0,25

5

1

32

3

.125

6

1

64

1

.5625

7

1

128

0,78125

п 1

2 п

100

2 п

Период полураспада

(символ

t 1⁄2

) – это время, необходимое для того, чтобы количество уменьшилось до половины от его первоначального значения. Этот термин обычно используется в

ядерной физике

для описания того, как быстро нестабильные атомы подвергаются

радиоактивному распаду

или как долго стабильные атомы выживают. Этот термин также используется в более общем смысле для характеристики любого типа

экспоненциального

или

неэкспоненциального

затухания. Например, медицинские науки относятся к

биологическому периоду полураспада

лекарств и других химических веществ в организме человека. Обратное время полураспада

удваивается

.

Первоначальный термин,

период полураспада

, восходящий к открытию этого принципа

Эрнестом Резерфордом

в 1907 году, был сокращен до

периода полураспада

в начале 1950-х годов.

[1]

Резерфорд применил принцип периода полураспада радиоактивного

элемента

к исследованиям определения возраста горных пород путем измерения периода распада

радия

до

свинца-206

.

Период полураспада является постоянным в течение времени жизни экспоненциально убывающей величины и является

характерной единицей

для уравнения экспоненциального распада. В прилагаемой таблице показано уменьшение количества в зависимости от количества прошедших периодов полураспада.

Вероятностный характер

Моделирование множества идентичных атомов, подвергающихся радиоактивному распаду, начиная с 4 атомов в коробке (слева) или 400 (справа). Число вверху показывает, сколько полураспада прошло. Обратите внимание на следствие

закона больших чисел

: чем больше атомов, тем общий распад более регулярный и более предсказуемый.

Период полураспада обычно описывает распад дискретных объектов, таких как радиоактивные атомы. В этом случае нельзя использовать определение, которое гласит, что «период полураспада – это время, необходимое для распада ровно половины объектов». Например, если имеется только один радиоактивный атом, а его период полураспада составляет одну секунду, то через одну секунду

не

останется «половины атома».

Вместо этого период полураспада определяется с точки зрения

вероятности

: «Период полураспада – это время, необходимое для разложения ровно половины объектов в

среднем

». Другими словами,

вероятность

распада радиоактивного атома в период полураспада составляет 50%.

[2]

Например, изображение справа представляет собой симуляцию множества идентичных атомов, подвергающихся радиоактивному распаду. Обратите внимание, что после одного периода полураспада остается не

точно

половина атомов, только

приблизительно

, из-за случайного изменения в процессе. Тем не менее, когда распадается много идентичных атомов (правые прямоугольники),

закон больших чисел

предполагает, что это

очень хорошее приближение,

чтобы сказать, что половина атомов остается после одного периода полураспада.

Различные простые упражнения могут продемонстрировать вероятностный распад, например, с помощью подбрасывания монет или запуска статистической

компьютерной программы

.

[3] [4] [5]

Формулы для периода полураспада при экспоненциальном распаде

Экспоненциальный спад можно описать любой из следующих трех эквивалентных формул:

[6]: 109–112

N

(

т

)

знак равно

N

(

1

2

)

т

т

1

/

2

N

(

т

)

знак равно

N

е

т

τ

N

(

т

)

знак равно

N

е

λ

т

{ displaystyle { begin {align} N (t) & = N_ {0} left ({ frac {1} {2}} right) ^ { frac {t} {t_ {1/2}} } \ N (t) & = N_ {0} e ^ {- { frac {t} { tau}}} \ N (t) & = N_ {0} e ^ {- lambda t} конец {выровнен}}}

Период полураспада продемонстрирован с использованием кубиков в эксперименте в

классе

Существует период полураспада, описывающий любой процесс экспоненциального распада. Например:

  • Как отмечалось выше, при

    радиоактивном распаде

    период полураспада – это промежуток времени, по истечении которого существует 50% -ная вероятность того, что атом подвергнется

    ядерному

    распаду. Он варьируется в зависимости от типа атома и

    изотопа

    и обычно определяется экспериментально. См.

    Список нуклидов

    .

  • Ток, протекающий через

    RC-цепь

    или

    RL-цепь,

    затухает с периодом полураспада ln (2)

    RC

    или ln (2)

    L / R

    соответственно. В этом примере, как правило, используется термин «

    полупериод»

    , а не «период полураспада», но они означают одно и то же.

  • В

    химической реакции

    период полураспада вещества – это время, необходимое для того, чтобы концентрация этого вещества упала до половины от его первоначального значения. В реакции первого порядка период полураспада реагента равен

    ln (2) / λ

    , где

    λ

    константа скорости реакции

    .

В неэкспоненциальном распаде

Термин «период полураспада» почти исключительно используется для процессов распада, которые являются экспоненциальными (например, радиоактивный распад или другие примеры, приведенные выше) или приблизительно экспоненциальными (например,

биологический период полураспада,

обсуждаемый ниже). В процессе распада, который даже не близок к экспоненциальному, период полураспада резко изменится, пока происходит распад. В этой ситуации обычно редко говорят о периоде полураспада в первую очередь, но иногда люди описывают распад в терминах его «первого периода полураспада», «второго периода полураспада» и т. Д., Где первая половина -жизнь определяется как время, необходимое для распада от начального значения до 50%, второй период полураспада составляет от 50% до 25% и так далее.

[7]

В биологии и фармакологии

Биологический период полураспада или период полувыведения – это время, за которое вещество (лекарство, радиоактивный нуклид или другое) теряет половину своей фармакологической, физиологической или радиологической активности. В медицинском контексте период полураспада может также описывать время, которое требуется для того, чтобы концентрация вещества в

плазме крови

достигла половины его стационарного значения («период полураспада в плазме»).

Взаимосвязь между биологическим периодом полураспада вещества и периодом полураспада в плазме может быть сложной из-за факторов, включая накопление в

тканях

, активные

метаболиты

и взаимодействия с

рецепторами

.

[8]

В то время как радиоактивный изотоп распадается почти идеально в соответствии с так называемой «кинетикой первого порядка», где константа скорости является фиксированным числом, выведение вещества из живого организма обычно следует более сложной химической кинетике.

Например, биологический период полураспада воды в организме человека составляет от 9 до 10 дней

[9],

хотя он может изменяться в зависимости от поведения и других условий. Биологический период полураспада

цезия

в организме человека составляет от одного до четырех месяцев.

Понятие полураспада также используется для

пестицидов

в

растениях

,

[10]

и некоторые авторы утверждают , что

модели риска пестицидов и оценки воздействия

полагаются на и чувствительны к информации , характеризующей рассеивание из растений.

[11]

В

эпидемиологии

понятие периода полураспада может относиться к промежутку времени, в течение которого количество случаев заболевания в очаге болезни снизится вдвое, особенно если динамику вспышки можно моделировать

экспоненциально

.

[12] [13]

Смотрите также

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий