Pusinės eliminacijos radioaktyviųjų elementų - kas tai ir kaip ją apibrėžti? Formulė pusinės

Istorija studijuoti radioaktyvumą prasidėjo 1896 m. Kovo 1 d., Kai garsus prancūzų mokslininkas Henri Becquerelis atsitiktinai atrado keistumą urano druskų išmetimu. Pasirodo, kad fotografijos plokštelės, esančios toje pačioje dėžutėje su pavyzdžiu, buvo apšviestos. Tai sukėlė keistą, labai įsiskverbiančią spinduliuotę, kurioje buvo uranas. Ši nuosavybė buvo rasta sunkiausiuose elementuose, kurie užpildo periodinę lentelę. Jam buvo suteiktas pavadinimas "radioaktyvumas".

Įveskite radioaktyvumo charakteristikas

Šis procesas yra spontaniškas elemento izotopo atomo transformavimas į kitą izotopą su tuo pačiu elementariųjų dalelių (elektronų, atomų halių branduolių) atskyrimu. Atomų transformavimas pasirodė esąs spontaniškas, nereikalaujant energijos absorbcijos iš išorės. Pagrindinis kiekis, charakterizuojantis energijos išsiskyrimo procesą radioaktyviojo skilimo metu, vadinamas aktyvumu.

Radioaktyviojo mėginio aktyvumas yra tikėtinas tam tikro mėginio sumažėjimas per vienetinį laiką. SI ( tarptautinėje sistemoje ) matavimo vienetas vadinamas Becquerel (Bq). 1 bekerelis patvirtina tokio mėginio aktyvumą, kuriame yra vidutiniškai 1 plyšis per sekundę.

A = λN, kur λ yra skilimo konstanta, N - aktyvių atomų skaičiaus imtyje.

Atskiras α, β, γ-skilimas. Atitinkamos lygtys vadinamos perkėlimo taisyklėmis:

Vardas	Kas vyksta	Reakcijos lygtis
Α-skilimas	Atomo branduolio X transformavimas į Y branduolį su heliuoto atomo branduolio išsiliejimu	Z A X → Z-2 Y A-4 + 2 Jis 4
B - skilimas	Atomo branduolio X transformavimas į branduolį Y su elektronų išsiliejimu	Z A X → Z + 1 Y A + -1 e A
Γ - gedimas	Nepritariama branduolio pasikeitimui, energija išsiskiria elektromagnetine banga	Z X A → Z X A + γ

Radioaktyvumo laiko intervalas

Dalies suskaidymo momentas negali būti nustatytas konkrečiam konkrečiam atomui. Juk tai yra labiau "nelaimingas atsitikimas" nei reguliarumas. Šio proceso apibūdinimas yra apibrėžiamas kaip mėginio aktyvumas.

Pastebima, kad jis keičiasi laikui bėgant. Nors kai kurie elementai parodo nuostabų radiacijos laipsnio pastovumą, yra medžiagų, kurių veikla per kelis kartus sumažėja per gana trumpą laiką. Amazing įvairovė! Ar įmanoma rasti šių procesų reguliarumą?

Nustatyta, kad yra laikas, per kurį tiksliai pusė atomų tam tikrame mėginyje kinta. Šis laiko intervalas vadinamas "pusperiodis". Kokia prasmė įvesti šią sąvoką?

Koks pusėjimo laikas?

Atrodo, kad per laiką, lygų tam tikram laikotarpiui, tiksliai pusė visų konkretaus mėginio aktyviųjų atomų išskirstomi. Bet ar tai reiškia, kad per du pusės gyvenimo metus visi aktyvieji atomai visiškai išnyks? Ne visi. Po tam tikro momento pusė radioaktyviųjų elementų išlieka bandinyje, po to, kai per tą patį laikotarpį liko pusė likusių atomų, ir taip toliau. Šiuo atveju spinduliavimas išlieka ilgą laiką, gerokai viršijantis pusėjimo trukmę. Taigi, aktyvūs atomai konservuojami imtyje nepriklausomai nuo spinduliuotės

Pusinės eliminacijos laikas yra kiekis, kuris priklauso tik nuo medžiagos savybių. Vertės vertė nustatoma daugeliui žinomų radioaktyviųjų izotopų.

Lentelė: "Individualių izotopų išsiliejimo pusperiodis"

Pavadinimas	Pavadinimas	Skilimo tipas	Pusperiodis
Radis	88 Ra 219	Alfa	0,001 sekundės
Magnis	12 Mg 27	Beta	10 minučių
Radonas	86 Rn 222	Alfa	3,8 dienos
Kobaltas	27 Co 60	Beta, gama	5.3 metai
Radis	88 Ra 226	Alfa, gama	1620 m
Uranas	92 U 238	Alfa, gama	4,5 milijardo metų

Nustatytas pusinės eliminacijos laikas buvo atliktas eksperimentiniu būdu. Laboratorinių tyrimų metu aktyvumas pakartotinai išmatuojamas. Kadangi minimalių matmenų laboratoriniai mėginiai (visų pirma mokslininko saugumas), eksperimentas atliekamas su skirtingu laiko intervalu, pakartotinai kartojančiu. Tai pagrįsta medžiagų veikimo pokyčių reguliarumu.

Norint nustatyti pusinės eliminacijos periodą, tam tikro mėginio aktyvumas matuojamas tam tikrais intervalais. Atsižvelgiant į tai, kad šis parametras yra susijęs su mažėjančių atomų skaičiumi, naudojant radioaktyviojo skilimo teisę, nustatomas pusinės eliminacijos laikas.

Izotopo nustatymo pavyzdys

Tegul tiriamo izotopo aktyvių elementų skaičius tam tikru momentu yra N, laiko tarpas, kurio metu t ₂ - t ₁ , kai stebėjimo pradžios ir pabaigos momentai yra pakankamai arti. Tarkime, kad n yra skaičių atomų, kurie suskaidė į tam tikrą laiko tarpą, tada n = KN (t ₂ - t ₁ ).

Šioje išraiškoje K = 0.693 / T1 yra proporcingumo koeficientas, vadinamas lūžio konstanta. T1 yra izotopo pusperiodis.

Mes atsižvelgiame į vieneto laiko intervalą. Šiuo atveju K = n / N rodo esamų izotopų branduolių frakciją, mažėjančią vienetinio laiko atžvilgiu.

Žinant lūžio konstantos vertę, mes taip pat galime nustatyti sutrūkimo pusę: T1 = 0,693 / K.

Taigi iš to išplaukia, kad laiko vienetui nėra nustatyto aktyvių atomų skaičiaus, bet tam tikra jų dalelytė.

Radioaktyviojo skilimo įstatymas (RDF)

Pusinės eliminacijos periodas yra ZRD pagrindas. Frederiką Soddy ir Ernestą Rutherfordą, remiantis 1903 m. Eksperimentinių tyrimų rezultatais, nustatė reguliarumą. Keista, kad XX a. Pradžioje daugybė matavimų, atliktų su priemonėmis, kurios toli gražu nėra tobulos, sukūrė tikslų ir pagrįstą rezultatą. Tai tapo radioaktyvumo teorijos pagrindu. Mes gausime matematinę užrašą apie radioaktyviojo skilimo teisę.

Leiskite N ₀ būti aktyvių atomų skaičiui tam tikru laiku. Pasibaigus laiko tarpui t, N elementai išlieka neatskiriami.

- Laiku, lygiu pusėjimo trukmei, išliks tiksliai pusė aktyvių elementų: N = N _0/2 .

- Po dar vieno pusėjimo galiojimo mėginyje N = N _0/4 = N _0/2 lieka ² aktyvūs atomai.

- Po laiko, kuris yra lygus dar vienam pusinės eliminacijos periodui, mėginys pasiliks tik: N = N _0/8 = N _0/2 ³ .

- Iki to laiko, kai praėjo n pusperiodis, mėginiai lieka N = N _0/2 ⁿ aktyviosios dalelės. Šioje išraiškoje n = t / T1: studijų laiko ir pusėjimo trukmės santykis.

- ZRP turi šiek tiek kitokią matematinę išraišką, patogesnę spręsti problemas: N = N ₀ 2 ^{- t / T1 _.}

Reguliarumas leidžia be pusėjimo trukmės nustatyti aktyviojo izotopo atomų skaičių, kuris neveikia tam tikru momentu. Žinant atomų skaičių mėginyje stebėjimo pradžioje, po kurio laiko jūs galite nustatyti vaisto gyvenimo trukmę.

Nustatyti radioaktyviojo skilimo įstatymo formulės pusėjimo trukmę tik padeda tam tikri parametrai: aktyvių izotopų skaičius imtyje, kurį sunku žinoti.

Įstatymo pasekmės

Galite parašyti ZRP formulę, naudodama narkotikų atomų veiklos ir masės sąvokas.

Veikla yra proporcinga radioaktyviųjų atomų skaičiui: A = A ₀ • 2 ^{-t / T.} Šioje formulėje _A0 yra mėginio aktyvumas pradiniame etape, A yra aktyvumas po t sekundžių, o T yra pusinės eliminacijos laikas.

Medžiagos masė gali būti reguliariai naudojama: m = m ₀ • 2 ^{-t / T}

Per bet kuriuos vienodai ilgus laiko tarpus visiškai sutampa preparato esančių radioaktyviųjų atomų dalis.

Įstatymo taikymo ribos

Įstatymas visais atžvilgiais yra statistinis, nustatantis procesus, vykstančius mikrocosmoje. Akivaizdu, kad radioaktyviųjų elementų pusperiodis yra statistinis. Tikimybinis įvykių pobūdis atominiuose branduoliuose rodo, kad savavališkas branduolys gali žlugti bet kuriuo metu. Prognozuoti įvykį neįmanoma, tikimybę galima nustatyti tik tam tikru laiku. Dėl šios priežasties pusėjimo trukmė nėra prasminga:

• Už atskirą atomą;
• Minimalios masės pavyzdys.

Atomo gyvenimas

Ateities egzistavimas jo pirminėje būsenoje gali trukti antrą, galbūt milijonus metų. Taip pat nereikia kalbėti apie konkrečios dalelės gyvenimą. Įvedus vertę, lygią vidutinei atomų gyvavimo trukmei, galima pasakyti apie radioaktyvaus izotopo atomų buvimą, radioaktyviojo skilimo pasekmes. Atominio branduolio pusperiodis priklauso nuo konkretaus atomo savybių ir nepriklauso nuo kitų dydžių.

Ar įmanoma išspręsti problemą: kaip rasti pusėjimo trukmę, žinant vidutinį gyvenimo laiką?

Ne mažiau svarbu nustatyti vidutinio atomo gyvenimo trukmės ir lūžio konstancijos santykio formulės puslaidininkį.

T = T _1/2 / ln2 = T _1/2 / 0.693 = 1 / λ.

Šiame įraše τ yra vidutinis gyvenimo laikas, λ - lūžio konstanta.

Pusinės eliminacijos laikas

ZRP naudojimas atskirų mėginių amžiaus nustatymui tapo plačiai paplitęs XX a. Pabaigos studijose. Iškilusių artefaktų amžiaus nustatymo tikslumas išaugo taip, kad jis gali suprasti tūkstantmečio pr.

Kietųjų organinių pavyzdžių radiokarboninė analizė pagrįsta anglies-14 (radioaktyvaus anglies izotopo), pasireiškiančio visuose organizmuose, aktyvumo pokyčiu. Jis patenka į gyvąjį organizmą metabolizmo procese ir yra jame esant tam tikrai koncentracijai. Po mirties metabolizmas su aplinka sustoja. Radioaktyviosios anglies koncentracija patenka dėl natūralaus skilimo, veikla mažėja proporcingai.

Esant tokiam pusinės eliminacijos periodui, radioaktyviojo skilimo įstatymo formulė padeda nustatyti laiką nuo gyvybinės veiklos nutraukimo momento.

Radioaktyvaus transformavimo grandinės

Radioaktyvumo tyrimai buvo atlikti laboratorinėmis sąlygomis. Nuostabus radioaktyviųjų elementų gebėjimas palaikyti veiklą valandomis, dienomis ir netgi metais galėjo nustebinti XX a. Pradžios fizikų. Tyrimai, pavyzdžiui, toris, lydėjo netikėto rezultato: uždaroje ampulėje jo aktyvumas buvo reikšmingas. Mažiausia smūgio metu ji krito. Išvada buvo paprastas: torio transformacija lydėjo radono (dujos) išleidimą. Visi elementai, esantys radioaktyvumo procese, yra transformuojami į visiškai kitokią medžiagą, kuri skiriasi tiek fizinėmis, tiek cheminėmis savybėmis. Ši medžiaga, savo ruožtu, taip pat nestabili. Šiuo metu yra žinomos trys panašių transformacijų serijos.

Tokių transformacijų žinojimas yra labai svarbus nustatant atominių ir branduolinių tyrimų ar katastrofų metu užkrėstų zonų neprieinamumo laiką. Plutonio pusperiodis, priklausomai nuo jo izotopo, svyravo nuo 86 metų (Pu 238) iki 80 Ma (Pu 244). Kiekvieno izotopo koncentracija suteikia idėją apie teritorijos dezinfekcijos laikotarpį.

Brangiausias metalas

Žinoma, mūsų laikais yra daug brangesnių metalų nei auksas, sidabras ir platina. Plutonis taip pat priklauso jiems. Įdomu tai, kad gamtoje plutonis, sukurtas evoliucijos eigoje, nėra. Dauguma elementų buvo gauti laboratorinėmis sąlygomis. Plutonio-239 veikimas branduoliniuose reaktoriuose šiandien tapo labai populiarus. Norint gauti pakankamai šio izotopo, skirto naudoti reaktoriuose, jis beveik neįkainojamas.

Plutonis-239 natūraliomis sąlygomis gaunamas dėl urano-239 transformacijos grandinės į neptūną-239 (pusinės eliminacijos laikas - 56 valandos). Panaši grandinė leidžia plutonį kaupti branduoliniuose reaktoriuose. Reikiamo kiekio pasirodymo greitis viršija natūralų milijardais kartų.

Taikymas energetikos srityje

Galime daug pasikalbėti apie branduolinės energijos trūkumus ir apie žmonijos "keistumus", kuriuos beveik bet kuris atradimas naudojasi sunaikinti jų pačių rūšį. Plutonio-239, kuris gali dalyvauti grandinės branduolinėje reakcijoje, atradimas leido jį naudoti kaip taikos energijos šaltinį. Uranas-235, kuris yra plutonio analogas, yra labai retas Žemėje, jį sunkiau atskirti nuo urano rūdos, o ne gauti plutonį.

Žemės amžius

Radioaktyviųjų elementų izotopų radioizotopų analizė leidžia tiksliau matyti konkretaus mėginio gyvenimo trukmę.

Naudojant "urano-torio" transformacijos grandinę, esančią žemės plutoje, galima nustatyti mūsų planetos amžių. Šių metodų pagrindas yra šių elementų vidurkis procentais visoje žemės plutoje. Remiantis naujausiais duomenimis, Žemės amžius yra 4,6 mlrd. Metų.