Главная » Штрафы » Дать определения активность период полураспада. Период полураспада

Дать определения активность период полураспада. Период полураспада

Период полураспада

Пери́од полураспа́да квантовомеханической системы (частицы, ядра, атома, энергетического уровня и т. д.) - время T ½ , в течение которого система распадается с вероятностью 1/2. Если рассматривается ансамбль независимых частиц, то в течение одного периода полураспада количество выживших частиц уменьшится в среднем в 2 раза. Термин применим только к экспоненциально распадающимся системам.

Не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, взятые в начальный момент. Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2T ½ останется четверть от начального числа частиц, за 3T ½ - одна восьмая и т. д. Вообще, доля выживших частиц (или, точнее, вероятность выживания p для данной частицы) зависит от времени t следующим образом:

Период полураспада, среднее время жизни и константа распада связаны следующими соотношениями, полученными из закона радиоактивного распада :

Поскольку , период полураспада примерно на 30,7 % короче, чем среднее время жизни.

На практике период полураспада определяют, измеряя активность исследуемого препарата через определенные промежутки времени. Учитывая, что активность препарата пропорциональна количеству атомов распадающегося вещества, и воспользовавшись законом радиоактивного распада , можно вычислить период полураспада данного вещества .

Пример

Если обозначить для данного момента времени число ядер способных к радиоактивному превращению через N , а промежуток времени через t 2 - t 1 , где t 1 и t 2 - достаточно близкие моменты времени (t 1 < t 2), и число разлагающихся атомных ядер в этот отрезок времени через n , то n = KN (t 2 - t 1). Где коэффициент пропорциональности K = 0,693/T ½ носит название константы распада. Если принять разность (t 2 - t 1) равной единице, то есть интервал времени наблюдения равным единице, то K = n /N и, следовательно, константа распада показывает долю от наличного числа атомных ядер, испытывающих распад в единицу времени. Следовательно, распад совершается так, что в единицу времени распадается одна и та же доля от наличного числа атомных ядер, что определяет закон экспоненциального распада.

Величины периодов полураспада для различных изотопов различны; для некоторых, особенно быстро распадающихся, период полураспада может быть равным миллионным долям секунды, а для некоторых изотопов, как уран-238 и торий-232 , он соответственно равен 4,498·10 9 и 1,389·10 10 лет. Легко подсчитать число атомов урана-238, испытывающих превращение в данном количестве урана, например, в одном килограмме в течение одной секунды. Количество любого элемента в граммах, численно равное атомному весу, содержит, как известно, 6,02·10 23 атомов. Поэтому согласно приведённой выше формуле n = KN (t 2 - t 1) найдём число атомов урана, распадающихся в одном килограмме в одну секунду, имея ввиду, что в году 365*24*60*60 секунд,

Вычисления приводят к тому, что в одном килограмме урана в течение одной секунды распадается двенадцать миллионов атомов. Несмотря на такое огромное число, всё же скорость превращения ничтожно мала. Действительно, в секунду распадается следующая часть урана:

Таким образом, из наличного количества урана в одну секунду распадается его доля, равная

Обращаясь опять к основному закону радиоактивного распада KN (t 2 - t 1), то есть к тому факту, что из наличного числа атомных ядер в единицу времени распадается всего одна и та же их доля и, имея к тому же ввиду полную независимость атомных ядер в каком-либо веществе друг от друга, можно сказать, что этот закон является статистическим в том смысле, что он не указывает какие именно атомные ядра подвергнутся распаду в данный отрезок времени, а лишь говорит об их числе. Несомненно, этот закон сохраняет силу лишь для того случая, когда наличное число ядер очень велико. Некоторые из атомных ядер распадутся в ближайший момент, в то время как другие ядра будут претерпевать превращения значительно позднее, поэтому когда наличное число радиоактивных атомных ядер сравнительно невелико, закон радиоактивного распада может и не выполняться во всей строгости.

Пример 2

Образец содержит 10 г изотопа плутония Pu-239 с периодом полураспада 24 400 лет. Сколько атомов плутония распадается ежесекундно?

Мы вычислили мгновенную скорость распада. Количество распавшихся атомов вычислим по формуле

Последняя формула действительна только тогда, когда рассматриваемый период времени (в данном случае - 1 секунда) значительно меньше, чем период полураспада. Когда рассматриваемый период времени сравним с периодом полураспада, следует пользоваться формулой

Эта формула пригодна в любом случае, однако для малых периодов времени требует вычислений с очень большой точностью. Для данной задачи:

Парциальный период полураспада

Если система с периодом полураспада T 1/2 может распадаться по нескольким каналам, для каждого из них можно определить парциальный период полураспада . Пусть вероятность распада по i -му каналу (коэффициент ветвления) равна p i . Тогда парциальный период полураспада по i -му каналу равен

Парциальный имеет смысл периода полураспада, который был бы у данной системы, если «выключить» все каналы распада, кроме i -го. Так как по определению , то для любого канала распада.

Стабильность периода полураспада

Во всех наблюдавшихся случаях (кроме некоторых изотопов, распадающихся путём электронного захвата) период полураспада был постоянным (отдельные сообщения об изменении периода были вызваны недостаточной точностью эксперимента, в частности, неполной очисткой от высокоактивных изотопов). В связи с этим период полураспада считается неизменным. На этом основании строится определение абсолютного геологического возраста горных пород, а также радиоуглеродный метод определения возраста биологических останков.

Предположение об изменяемости периода полураспада используется креационистами , а также представителями т. н. «альтернативной науки » для опровержения научной датировки горных пород, остатков живых существ и исторических находок, с целью дальнейшего опровержения научных теорий, построенных с использованием такой датировки. (См., например, статьи Креационизм , Научный креационизм , Критика эволюционизма , Туринская плащаница).

Вариабельность постоянной распада для электронного захвата наблюдалась в эксперименте, но она лежит в пределах процента во всём доступном в лаборатории диапазоне давлений и температур. Период полураспада в этом случае изменяется в связи с некоторой (довольно слабой) зависимостью плотности волновой функции орбитальных электронов в окрестности ядра от давления и температуры. Существенные изменения постоянной распада наблюдались также для сильно ионизованных атомов (так, в предельном случае полностью ионизованного ядра электронный захват может происходить только при взаимодействии ядра со свободными электронами плазмы; кроме того, распад, разрешённый для нейтральных атомов, в некоторых случаях для сильно ионизованных атомов может быть запрещён кинематически). Все эти варианты изменения постоянных распада, очевидно, не могут быть привлечены для «опровержения» радиохронологических датировок, поскольку погрешность самого радиохронометрического метода для большинства изотопов-хронометров составляет более процента, а высокоионизованные атомы в природных объектах на Земле не могут существовать сколько-нибудь длительное время.

Поиск возможных вариаций периодов полураспада радиоактивных изотопов, как в настоящее время, так и в течение миллиардов лет, интересен в связи с гипотезой о вариациях значений фундаментальных констант в физике (постоянной тонкой структуры , константы Ферми и т. д.). Однако тщательные измерения пока не принесли результата - в пределах погрешности эксперимента изменения периодов полураспада не были найдены. Так, было показано, что за 4,6 млрд лет константа α-распада самария-147 изменилась не более чем на 0,75 %, а для β-распада рения-187 изменение за это же время не превышает 0,5 % ; в обоих случаях результаты совместимы с отсутствием таких изменений вообще.

См. также

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Аи
Меренра I

Смотреть что такое "Период полураспада" в других словарях:

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА - ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА, промежуток времени, в течение которого распадается половина данного количества ядер радиоактивного изотопа (которые превращаются в другой элемент или изотоп). Измеряется только период полураспада, так как полного распада не… … Научно-технический энциклопедический словарь

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА - промежуток времени, в течение к рого исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. При наличии N0 радиоактивных ядер в момент времени t=0 их число N убывает во времени по закону: N=N0e lt, где l постоянная радиоактивного распада … Физическая энциклопедия

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА - время, за которое разлагается половина исходного радиоактивного материала или пестицида. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА - промежуток времени T1/2, в течение которого количество нестабильных ядер уменьшается вдвое. T1/2 = 0,693/λ = 0,693·τ, где λ постоянная радиоактивного распада; τ среднее время жизни радиоактивного ядра. См. также Радиоактивность … Российская энциклопедия по охране труда

период полураспада - Время, в течение которого активность радиоактивного источника спадает до половинного значения. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.]… … Справочник технического переводчика

Период полураспада (T 1/2) - время, в течение которого квантовомеханическая система (ядро атома, элементарная частица, энергетический уровень и т.п.) распадается с вероятностью 1/2. Если рассматривается ансамбль независимых частиц, то в течение одного периода полураспада количество частиц, оставшихся уменьшается в среднем вдвое.

Иногда период полураспада называют также полупериодом распада. Но не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, имеющиеся в начальный момент времени. Поскольку в течение каждого периода полураспада число частиц уменьшается вдвое, то после двух периодов останется четверть от начального числа частиц, за 3 T 1/2 - одна восьмая и т.д. Вообще, доля частиц, остающихся (или, точнее, вероятность "выживания" p для одной частицы), зависит от времени t следующим образом:

Если для заданного момента времени обозначить число частиц, способных к распаду через N, а промежуток времени через t 2 - t 1, где t 1 и t 2 - достаточно близкие моменты времени (t 1 2), то количество частиц, распадутся течение этого времени составит n = λN (t 2 - t 1), где коэффициент пропорциональности λ носит название константы распада. Если считать интервал времени наблюдения (t 2 - t 1) равным единице, то λ = n / N и, следовательно, константа распада показывает долю от имеющегося числа частиц, распадающихся в единицу времени.

Период полураспада, средний время жизни τ и константа распада λ связаны следующими соотношениями:

Поскольку ln2 = 0,693 ..., период полураспада примерно на 30% короче, чем средний (вероятный) время жизни.

Чаще всего термин используют как характеристику нестабильных изотопов химических элементов . Величины периодов полураспада для различных изотопов разные, для одних изотопов быстро распадаются, период полураспада может быть равным миллионным долям секунды, а для других изотопов, таких как 238 или 232 , он равен 4,5 млрд. лет и 14 млрд. лет соответственно.

Пример

Можно подсчитать число ядер урана-238, которые распадаются в течение секунды, в заданном количестве урана, например, в одном килограмме. Количество любого элемента в граммах, численно равная атомной массе (моль), содержит, как известно, 6 ? 23 октября атомов. Поэтому согласно приведенной выше формуле n = λN (t 2 - t 1) найдем количество ядер, распадающихся ежесекундно (в одном году 365 ? 24 ? 60 ? 60 секунд):

Вычисления показывают, что в одном килограмме урана в течение одной секунды распадается около двенадцати миллионов ядер. Несмотря на такое огромное число, все же скорость превращения ничтожно мала. Действительно, в секунду распадается доля:

Таким образом, из имеющегося количества урана в одну секунду распадается доля, равная

Обращаясь вновь к основному закону радиоактивного распада λN (t 2 - t 1), т.е. к тому факту, что из имеющегося числа атомных ядер в единицу времени распадается одна и та же их доля и, несмотря на полную независимость атомных ядер в веществе, можно сказать, что этот закон является статистическим в том смысле, что он не указывает, какие именно атомные ядра распадутся в данный отрезок времени, а говорит лишь об их число. Некоторые из атомных ядер распадутся в ближайший момент, тогда как другие ядра испытывать преобразования значительно позже. Несомненно, этот закон действует только в случае, когда имеющееся число ядер достаточно велико. Но когда имеющееся число радиоактивных атомных ядер сравнительно небольшое закон радиоактивного распада может и не выполняться во всей строгости.

Парциальное период полураспада

Некоторые системы могут распадаться по нескольким каналам, например ядро урана может распадаться как путем деления, так и путем излучения альфа-частиц. Для каждого из каналов можно определить парциальное период полураспада . Он имеет смысл периода полураспада, который был бы в данной системе, если "выключить" все каналы распада, кроме i-го.

Пусть вероятность распада за i-м каналом (коэффициент разветвления) равна p i. Тогда парциальное период полураспада по i-му каналу равен

Поскольку, по определению, , То для любого канала распада.

В таблице Менделеева более 100 химических элементов. Почти каждый из них представлен смесью стабильных и радиоактивных атомов, которые называют изотопами данного элемента. Известно около 2000 изотопов, из которых около 300 - стабильные.

Например, у первого элемента таблицы Менделеева - водорода - существуют следующие изотопы:

Водород Н-1 (стабильный), - дейтерий Н-2 (стабильный), - тритий Н-3 (радиоактивный, период полураспада 12 лет).

Радиоактивные изотопы обычно называют радионуклидами

Что такое период полураспада

Число радиоактивных ядер одного типа постоянно уменьшается во времени благодаря их распаду.

Скорость распада принято характеризовать периодом полураспада: это время, за которое число радиоактивных ядер определенного типа уменьшится в 2 раза.

Абсолютно ошибочной является следующая трактовка понятия "период полураспада": "если радиоактивное вещество имеет период полураспада 1 час, это значит, что через 1 час распадется его первая половина, а еще через 1 час - вторая половина, и это вещество полностью исчезнет (распадется)".

Для радионуклида с периодом полураспада 1 час это означает, что через 1 час его количество станет меньше первоначального в 2 раза, через 2 часа - в 4, через 3 часа - в 8 раз и т.д., но полностью не исчезнет никогда. В такой же пропорции будет уменьшается и радиация, излучаемая этим веществом. Поэтому можно прогнозировать радиационную обстановку на будущее, если знать, какие и в каком количестве радиоактивные вещества создают радиацию в данном месте в данный момент времени.

У каждого радионуклида - свой период полураспада, он может составлять как доли секунды, так и миллиарды лет. Важно, что период полураспада данного радионуклида постоянен, и изменить его невозможно.

Образующиеся при радиоактивном распаде ядра, в свою очередь, также могут быть радиоактивными. Так, например, радиоактивный радон-222 обязан своим происхождением радиоактивному урану-238.

Иногда встречаются утверждения, что радиоактивные отходы в хранилищах полностью распадутся за 300 лет. Это не так. Просто это время составит примерно 10 периодов полураспада цезия-137, одного из самых распространенных техногенных радионуклидов, и за 300 лет его радиоактивность в отходах снизится почти в 1000 раз, но, к сожалению, не исчезнет.

Естественная радиоактивность

Естественная радиоактивность существует миллиарды лет, она присутствует буквально повсюду. Ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Любой человек слегка радиоактивен: в тканях человеческого тела одним из главных источников природной радиации являются калий-40 и рубидий-87, причем не существует способа от них избавиться.

Учтем, что современный человек до 80% времени проводит в помещениях - дома или на работе, где и получает основную дозу радиации: хотя здания защищают от излучений извне, в стройматериалах, из которых они построены, содержится природная радиоактивность. Существенный вклад в облучение человека вносит радон и продукты его распада.

Радон

Основным источником этого радиоактивного инертного газа является земная кора. Проникая через трещины и щели в фундаменте, полу и стенах, радон задерживается в помещениях. Другой источник радонав помещении - это сами строительные материалы (бетон, кирпич и т.д.), содержащие естественные радионуклиды, которые являются 7 источником радона. Радон может поступать в дома также с водой (особенно если она подается из артезианских скважин), при сжигании природного газа и т.д.

Радон в 7,5 раз тяжелее воздуха. Как следствие, концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов обычно ниже, чем на первом этаже.

Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении; регулярное проветривание может снизить концентрацию радона в несколько раз.

При длительном поступлении радона и его продуктов в организм человека многократно возрастает риск возникновения рака легких.

Техногенная радиоактивность

Техногенная радиоактивность возникает вследствие человеческой деятельности.

Осознанная хозяйственная деятельность, в процессе которой происходит перераспределение и концентрирование естественных радионуклидов, приводит к заметным изменениям естественного радиационного фона. Сюда относится добыча и сжигание каменного угля, нефти, газа, других горючих ископаемых, использование фосфатных удобрений, добыча и переработка руд.

Такой вид транспорта, как гражданская авиация, подвергает своих пассажиров повышенному воздействию космического излучения.

И, конечно, свой вклад дают испытания ядерного оружия, предприятия атомной энергетики и промышленности.

Безусловно, возможно и случайное (неконтролируемое) распространение радиоактивных источников: аварии, потери, хищения, распыление и т.п. Таки ситуации, к счастью, ОЧЕНЬ РЕДКИ. Кроме того, их опасность не следует преувеличивать.

Как защититься от радиации

От источника радиации защищаются временем, расстоянием и веществом.

Временем - вследствие того, что чем меньше время пребывания вблизи источника радиации, тем меньше полученная от него доза облучения.

Расстоянием - благодаря тому, что излучение уменьшается с удалением от компактного источника (пропорционально квадрату расстояния). Если на расстоянии 1 метр от источника радиации дозиметр фиксирует 1000 мкР/час, то уже на расстоянии 5 метров показания снизятся приблизительно до 40 мкР/час.

Веществом - необходимо стремиться, чтобы между Вами и источником радиации оказалось как можно больше вещества: чем его больше и чем оно плотнее, тем большую часть радиации оно поглотит.

Что касается главного источника облучения в помещениях - радона и продуктов его распада, то регулярное проветривание позволяет значительно уменьшить их вклад в дозовую нагрузку.

Кроме того, если речь идет о строительстве или отделке собственного жилья, которое, вероятно, прослужит не одному поколению, следует постараться купить радиационно безопасные стройматериалы - благо их ассортимент ныне чрезвычайно богат.

Заключение .

Делая этот реферат, я открыл для себя много нового. Я выбирал нужную информацию из многих источников. В ходе отбора информации я находил много интересного. Эта работа обьединяет в себе труды многих людей. В ней коротко изложен почти весь материал о главных аспектах радиоктивности, начиная от того, что такое радиоктивность и заканчивая методами защиты от неё.

Полураспад

Период полураспада, среднее время жизни τ и константа распада λ связаны следующими соотношениями:

Поскольку ln2 = 0,693… , период полураспада примерно на 30 % короче, чем время жизни.

Иногда период полураспада называют также полупериодом распада.

Пример

Величины периодов полураспада для различных изотопов различны; для некоторых, особенно быстро распадающихся, период полураспада может быть равным миллионным долям секунды, а для некоторых изотопов, как уран 238 и торий 232, он соответственно равен 4,498*10 9 и 1,389*10 10 лет. Легко подсчитать число атомов урана 238, испытывающих превращение в данном количестве урана, например, в одном килограмме в течение одной секунды. Количество любого элемента в граммах, численно равное атомному весу, содержит, как известно, 6,02*10 23 атомов. Поэтому согласно приведённой выше формуле n = KN (t 2 - t 1) найдём число атомов урана, распадающихся в одном килограмме в одну секунду, имея ввиду, что в году 365*24*60*60 секунд,

Таким образом, из наличного количества урана в одну секунду распадается его доля, равная

Парциальный период полураспада

Стабильность периода полураспада

Важнейшая характеристика радионуклида, среди других свойств - его радиоактивность, то есть количество распадов в единицу времени (число ядер, которое распадаются в 1 секунду).

Единица активности радиоактивного вещества - Беккерель (Бк). 1 Беккерель = 1 распад в секунду.

До сих пор еще используют внесистемную единицу активности радиоактивного вещества - Кюри (Ки). 1 Ки = 3.7*1010 Бк.

Период полураспада радиоактивного вещества

Слайд № 10

Период полураспада (Т1/2) - мера скорости радиоактивного распада вещества - время, которое требуется для того, чтобы радиоактивность вещества уменьшилась наполовину, или время, которое требуется для того, чтобы распалась половина ядер в веществе.

По истечении времени, равного одному периоду полураспада радионуклида, его активность уменьшится в два раза от первоначальной величины, по истечении двух периодов полураспада - в 4 раза, и так далее. Расчет показывает, что по истечении времени, равного десяти периодам полураспада радионуклида, его активность уменьшится примерно в тысячу раз.

Периоды полураспада различных радиоактивных изотопов (радионуклидов) имеют значения от долей секунды до миллиардов лет.

Слайд № 11

Радиоактивные изотопы, имеющие периоды полураспада менее суток-месяцев, называют короткоживущими, а более нескольких месяцев-лет - долгоживущими.

Слайд № 12

Виды ионизирующего излучения

Всякое излучение сопровождается выделением энергии. Когда, например, ткань тела человека подвергнута облучению, часть энергии будет передана атомам, которые составляют эту ткань.

Мы рассмотрим процессы альфа-, бета- и гамма-излучения. Все они происходят при распаде атомных ядер радиоактивных изотопов элементов.

Слайд № 13

Альфа-излучение

Альфа-частицы - положительно заряженные ядра гелия, обладающие высокой энергией.

Слайд № 14

Ионизация вещества альфа-частицей

Когда альфа-частица проходит в непосредственной близости от электрона, она притягивает его и может вырвать с нормальной орбиты. Атом теряет электрон и таким образом преобразуется в положительно заряженный ион.

Ионизация атома требует приблизительно 30-35 eV (электрон-вольт) энергии. Таким образом, альфа-частица, обладающая, например, 5 000 000 eV энергии в начале ее движения, может стать источником создания более чем 100 000 ионов прежде, чем она перейдет в состояние покоя.

Масса альфа-частиц примерно в 7 000 раз больше массы электрона. Большая масса альфа-частиц определяет прямолинейность их прохождения через электронные оболочки атомов при ионизации вещества.

Альфа-частица теряет маленькую часть своей первоначальной энергии на каждом электроне, который она отрывает из атомов вещества, проходя через него. Кинетическая энергия альфа-частицы и ее скорость при этом непрерывно уменьшаются. Когда вся кинетическая энергия израсходована, α-частица приходит в состояние покоя. В этот момент она захватит два электрона и, преобразовавшись в атом гелия, теряет свою способность ионизировать материю.

Слайд № 15

Бета-излучение

Бета-излучение - это процесс испускания электронов непосредственно из ядра атома. Электрон в ядре создается при распаде нейтрона на протон и электрон. Протон остается в ядре, в то время как электрон испускается в виде бета-излучения.

Слайд № 16

Ионизация вещества бета-частицей

B-частица выбивает один из орбитальных электронов стабильного химического элемента. Эти два электрона имеют одинаковый электрический заряд и массу. Поэтому, встретившись, электроны оттолкнутся друг друга, изменив свои первоначальные направления движения.

Когда атом теряет электрон, то он превращается в положительно заряженный ион.

Слайд № 17

Гамма-излучение

Гамма-излучение не состоит из частиц, как альфа- и бета-излучения. Оно, также как свет Солнца, представляет собой электромагнитную волну. Гамма-излучение это - электромагнитное (фотонное) излучение, состоящее из гамма-квантов и испускаемое при переходе ядер из возбужденного состояния в основное при ядерных реакциях или аннигиляции частиц. Это излучение имеет высокую проникающую способность вследствие того, что оно обладает значительно меньшей длиной волны, чем свет и радиоволны. Энергия гамма-излучения может достигать больших величин, а скорость распространения гамма-квантов равна скорости света. Как правило, гамма-излучение сопутствует альфа и бета-излучениям, так как в природе практически не встречаются атомы, излучающие только гамма-кванты. Гамма-излучение сходно с рентгеновским излучением, но отличается от него природой происхождения, длиной электромагнитной волны и частотой.

Просмотров