Ნახევრადგამოყოფის რადიოაქტიური ელემენტები - რა არის ეს და როგორ განვსაზღვროთ ეს? ფორმულა ნახევარი ცხოვრება

რადიოაქტივობის შესწავლის ისტორია დაიწყო 1896 წლის 1 მარტს, როდესაც გამოჩენილი ფრანგი მეცნიერი ჰენრი ბეკერელი შემთხვევით აღმოჩნდა ურანის მარილების ემისიაში. აღმოჩნდა, რომ სინათლის იმავე ყუთში განთავსებული ფოტოგრაფიული ფირფიტები იყო განათებული. ეს გამოიწვია უცნაური, უაღრესად penetrating რადიაციული, რომელიც გააჩნდა ურანის. ეს ქონება იპოვეს ყველაზე მძიმე ელემენტებში, რომლებიც პერიოდულ მაგიდას დაასრულებდნენ. მას მიეცა სახელი "რადიოაქტიურობა".

რადიოაქტიურობის მახასიათებლების დანერგვა

ეს პროცესი არის ელემენტის იზოტოპური ატომის სპონტანური ტრანსფორმაცია სხვა იზოტოპში, ელემენტარული ნაწილაკების ერთდროული გამოყოფით (ჰელიუმის ატომების ელექტრონები, ბირთვები). ატომის ტრანსფორმაცია სპონტანური აღმოჩნდა, არ საჭიროებს გარე ენერგიის შთანთქმას. ძირითადი რაოდენობა, რომელიც ახასიათებს ენერგეტიკის გათავისუფლების პროცესს რადიოაქტიური დაზიანების დროს, ეწოდება საქმიანობას.

რადიოაქტიური ნიმუშის აქტივობა მოცემულ ნიმუშზე ერთეული დროების დასუსტების სავარაუდო რაოდენობაა. SI ( საერთაშორისო სისტემა ), გაზომვის ერთეული ეწოდება ბეკერელს (Bq). 1 ბეტოკერლში, ამგვარი ნიმუშის აქტივობა მიღებულია, რომელშიც საშუალოდ 1 წამში ხდება.

A = λN, სადაც λ არის decay მუდმივი, N არის ნიმუში აქტიური ატომების რაოდენობა.

ცალკე α, β, γ-decays. შესაბამისი განტოლებები ეწოდება გადაადგილების წესებს:

სახელი	რა ხდება?	რეაქციის განტოლება
Α-decay	ატომური ბირთვი X- ის ტრანსფორმაცია Y- ის ბირთვში შევიდა ჰელიუმის ატომის ბირთვიდან	Z A X → Z-2 Y A-4 + 2 ის 4
Β - decay	ატომური ბირთვის X- ის ბირთვებში Y- ს ტრანსფორმაცია ელექტრონის განთავისუფლებით	Z A X → Z + 1 Y + 1 ა
Γ - decay	არ ახლდა ცვლილება ბირთვში, ენერგია გათავისუფლდება ელექტრომაგნიტური ტალღის სახით	Z X A → Z X A + γ

დროის ინტერვალი რადიოაქტივობაში

ნაწილის დაშლის მომენტი შეუძლებელია კონკრეტული ატომებისთვის. მისთვის ეს უფრო "შემთხვევითი "ა, ვიდრე რეგულარულობა. ამ პროცესის დამახასიათებელი ენერგეტიკული გაანგარიშება განისაზღვრება ნიმუშის საქმიანობაზე.

შეინიშნება, რომ ის დროთა განმავლობაში იცვლება. მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი ელემენტი აჩვენებს რადიაციული ხარისხის საოცარი მუდმივობას, არსებობს ნივთიერებები, რომელთა აქტივობა რამოდენიმეჯერ მცირდება დროის მოკლე დროში. საოცარი ჯიშები! შესაძლებელია ეს პროცედურების ნიმუში?

დადგინდა, რომ არსებობს დრო, რომლის დროსაც მოცემულ ნიმუშში ატომების ზუსტად ნახევარი გადიან დეზინტეგრაციას. ამჯერად ინტერვალი ეწოდა "ნახევრად ცხოვრებას". რა არის ამ კონცეფციის შემოღების წერტილი?

რა არის ნახევარი ცხოვრება?

როგორც ჩანს, ამ დროისთვის თანაბარი პერიოდის განმავლობაში, მოცემული ნიმუშის ყველა აქტიური ატომის ნახევარი გაწყვეტია. მაგრამ ეს ნიშნავს, რომ ორ ნახევარწლიანი პერიოდის განმავლობაში ყველა აქტიური ატომი მთლიანად განადგურდება? არა საერთოდ. გარკვეული მომენტის შემდეგ, რადიაციული ელემენტების ნახევარი რჩება ნიმუში, ანალოგიური პერიოდის შემდეგ, დარჩენილი ატომის ნახევარი გატეხილი და ასე შემდეგ. ამ შემთხვევაში, რადიაცია გრძელდება დიდი ხნის განმავლობაში, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება ნახევარ ცხოვრებას. აქედან გამომდინარე, აქტიური ატომები ნიმუშში დაცულია რადიაციის მიუხედავად

ნახევარი ცხოვრება არის რაოდენობა, რომელიც დამოკიდებულია მხოლოდ ნივთიერების თვისებებზე. ღირებულების ღირებულება განისაზღვრება მრავალი ცნობილი რადიოაქტიური იზოტოპებისათვის.

ცხრილი: "ინდივიდუალური იზოტოპების ნახევარი პერიოდი"

სათაური	დანიშნულება	განადგურების ტიპი	ნახევარი ცხოვრება
რადიუმი	88 RA 219	ალფა	0.001 წამი
მაგნიუმი	12 მგ 27	ბეტა	10 წუთი
რადონი	86 Rn 222	ალფა	3.8 დღე
კობალტი	27 კო. 60	ბეტა, გამა	5.3 წელი
რადიუმი	88 რეი 226	ალფა, გამა	1620 წლის
ურანი	92 U 238	ალფა, გამა	4.5 მილიარდი წელი

ექსპერიმენტულად ჩატარდა ნახევრად ცხოვრების განსაზღვრა. ლაბორატორიული ტესტების დროს, აქტივობა განმეორებით იზომება. მინიმალური ზომის ლაბორატორიული ნიმუშებიდან (მკვლევარების უსაფრთხოება უპირველეს ყოვლისა), ექსპერიმენტი ტარდება სხვადასხვა დროის ინტერვალით, განმეორებით ხელახლა. იგი ეფუძნება ნივთიერებების საქმიანობაში ცვლილების რეგულარობას.

ნახევარ-სიცოცხლის განსაზღვრისათვის მოცემული ნიმუშის საქმიანობა განსაზღვრულია კონკრეტული ინტერვალებით. იმის გათვალისწინებით, რომ ეს პარამეტრი დაკავშირებულია რადიოაქტიური დაშლის კანონის გამოყენებით, დაშვებულია ატომების რაოდენობა, განსაზღვრავს ნახევრად ცხოვრებას.

მაგალითი არის განსაზღვრა იზოტოპით

მოდით გამოვიყენოთ იზოტოპური აქტიური ელემენტების რაოდენობა მოცემულ მომენტში, იყოს N, დროის ინტერვალი, რომლის დროსაც ტ ₂ -ტ ₁ აღინიშნება, სადაც დაკვირვების დასაწყისისა და დასასრულის მომენტები საკმარისად მჭიდროა. ვარაუდობენ, რომ n არის ატომების რიცხვი, რომლებიც გადაიდო მოცემული დროის ინტერვალში, შემდეგ n = KN (t ₂ - t ₁ ).

ამ გამოხატულებაში, K = 0.693 / T1 არის პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც უწოდებენ უწყვეტი სიბრტყეს. T1 არის იზოტოპის ნახევრად ცხოვრება.

ჩვენ ვიღებთ დროის ინტერვალის ერთეულს. ამ შემთხვევაში, K = n / N მიუთითებს იმ იზოტოპული ბირთვების ფრაქციას, რომელიც ერთეულს შეადგენს.

ცვალებადი ღირებულების გაცნობა, ჩვენ შეგვიძლია ასევე განვსაზღვროთ ნახევარწლიანი პერიოდი: T1 = 0.693 / კ.

აქედან გამომდინარეობს, რომ დროის ერთეულში არ არის გარკვეული აქტიური ატომების გარკვეული რაოდენობა, მაგრამ მათი გარკვეული ნაწილი, რომელიც მცირდება.

რადიოაქტიური დაშლის კანონი (RDF)

ნახევარი ცხოვრება არის ZRD- ის საფუძველი. 1903 წელს ექსპერიმენტული გამოკვლევების შედეგების საფუძველზე Frederico Soddy- მა და ერნესტ რუტერფორდმა ჩამოიცილეს. გასაკვირია, რომ მეოცე საუკუნის დასაწყისში სრულყოფილ ინსტრუმენტებში შესრულებული მრავალი გაზომვა ზუსტი და გამართლებული შედეგია. რადიოაქტიურობის თეორიის საფუძველი გახდა. ჩვენ მივიღებთ მათემატიკურ ნოვას რადიოაქტიური დაშლის კანონისთვის.

ნება ₀ რიცხვით აქტიური ატომების რაოდენობა მოცემულ დროს. დროის ინტერვალით გასვლის შემდეგ, N ელემენტები უცვლელი რჩება.

- ნახევარი ცხოვრების თანაბარი დროის მიხედვით, აქტიური ელემენტების ნახევარი დარჩება: N = N _0/2 .

ნიმუშში კიდევ ერთი ნახევარი სიცოცხლის შემდეგ, N = N _0/4 = N _0/2 ² აქტიური ატომები რჩება.

- დროის ნახევარი ცხოვრების შემდეგ, ნიმუში შეინარჩუნებს მხოლოდ: N = N _0/8 = N _0/2 ³ .

- იმ დროისთვის, როდესაც ნახევარი სიცოცხლე გავიდა, N = N _0/2 ⁿ აქტიური ნაწილაკები კვლავ ნიმუშში რჩება. ამ გამოხატულებაში, n = t / T1: სწავლის დროის თანაფარდობა ნახევრად-სიცოცხლეს.

- ZRP აქვს ოდნავ განსხვავებული მათემატიკური გამოხატულება, უფრო მოსახერხებელია პრობლემების გადაჭრაში: N = N ₀ 2 ^{- t / T1 _.}

სიხშირე საშუალებას იძლევა განსაზღვროს, ნახევარი ცხოვრების გარდა, აქტიური იზოტოპების ატომების რიცხვი, რომლებიც დროულად არ გადაიდო მოცემულ მომენტში. დაკვირვების დასაწყისში ნიმუშების რაოდენობის ცოდნა დაკვირვების დასაწყისში, რამდენიმე ხნის შემდეგ შეგიძლიათ განსაზღვროთ პრეპარატის სიცოცხლის ხანგრძლივობა.

განსაზღვროს რადიოაქტიური დაშლის კანონის ფორმულის ნახევრად ცხოვრება მხოლოდ გარკვეულ პარამეტრებში ყოფნაში: აქტიური იზოტოპების რაოდენობა ნიმუშში, რაც ძნელია იცოდეს.

კანონის შედეგები

შეგიძლიათ ჩაწეროთ ZRP ფორმულა ნარკოტიკის ატომების აქტივობისა და მასის ცნებების გამოყენებით.

აქტივობა რადიოაქტიური ატომების რაოდენობის პროპორციულია: A = A ₀ • 2 ^{-t / T.} ამ ფორმულაში ₀ არის საწყის ეტაპზე ნიმუშის აქტივობა, A არის აქტივობა t წამის შემდეგ, ხოლო T არის ნახევარი სიცოცხლე.

ნივთიერების მასა შეიძლება გამოყენებულ იქნეს რეგულარულად: m = m ₀ • 2 ^{-t / T}

დროს თანაბრად ხანგრძლივი ინტერვალით, რადიაციული ატომების აბსოლუტურად იდენტური ფრაქცია მზადდება მოსამზადებლად.

კანონის მოქმედების შეზღუდვა

კანონი ყველა გრძნობს წარმოადგენს სტატისტიკურად, განსაზღვრავს პროცესების მიმდინარეობას მიკროკომსში. ნათელია, რომ რადიოაქტიური ელემენტების ნახევრად ცხოვრება სტატისტიკურია. ატომური ბირთვების მოვლენების ალბათობა, ვარაუდობს, რომ ნებისმიერ დროს თვითნებური ბირთვი შეიძლება დაიშალოს. პროგნოზირება მოვლენა შეუძლებელია, შეგიძლიათ მხოლოდ განსაზღვროს მისი ალბათობა მოცემულ დროს. შედეგად, ნახევარი ცხოვრება აზრი არ აქვს:

• ინდივიდუალური ატომისთვის;
• მინიმალური მასის ნიმუშისთვის.

სიცოცხლის ატომი

ატომის არსებობა მისი ორიგინალურ მდგომარეობაში შეიძლება გაგრძელდეს მეორე, შესაძლოა მილიონობით წლის განმავლობაში. ასევე არ არის აუცილებელი მოცემული ნაწილის სიცოცხლეზე საუბარი. სიცოცხლის ატომების საშუალო ღირებულების ტოლფასი ღირებულების დანერგვა, რადიოაქტიური იზოტოპების ატომების არსებობის შესახებ, რადიოაქტიური დაშლის შედეგების შესახებ. ატომური ბირთვის ნახევარი სიცოცხლე დამოკიდებულია მოცემულ ატომთა თვისებებზე და არ არის დამოკიდებული სხვა რაოდენობებზე.

შესაძლებელია პრობლემის მოსაგვარებლად: როგორ უნდა გამოიყურებოდეს ნახევარი ცხოვრება, იცოდეს საშუალო სიცოცხლე?

განსაზღვროს ფორმულის ნახევარში ცხოვრება ატომის საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობასა და სიღრმეზე მუდმივ ურთიერთობას შორის არანაკლებ მნიშვნელოვანია.

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

ამ ჩანაწერში, τ არის საშუალო სიცოცხლე, λ არის decay მუდმივი.

ნახევარი ცხოვრების გამოყენება

ინდივიდუალური ნიმუშების ასაკობრივი განსაზღვრის მიზნით ZRP- ის გამოყენება მე -20 საუკუნის ბოლო კვლევებში გავრცელდა. წიაღისეული ნიმუშების ასაკის განსაზღვრის სიზუსტე გაიზარდა იმდენად, რომ მას შეუძლია ათასწლეულის ძვ.

წიაღისეული ორგანული ნიმუშების რადიკარბონული ანალიზი ეფუძნება ყველა ორგანიზმში ნახშირბადის 14 (რადიოაქტიური ნახშირბადის იზოტოპის) აქტივობის ცვლილებას. ის ცოცხლობს ორგანიზმს მეტაბოლიზმის პროცესში და შეიცავს გარკვეულ კონცენტრაციაში. გარდაცვალების შემდეგ, მეტაბოლიზმი გარემოსთან ერთად წყდება. რადიოაქტიური ნახშირბადის კონცენტრაცია ბუნებრივი დაზიანების გამო, აქტივობა პროპორციულად მცირდება.

ასეთი ღირებულების თანდასწრებით, ნახევრად-სიცოცხლის არსებობისას, რადიოაქტიური დაშლის კანონის ფორმულა ხელს უწყობს ორგანიზმის სასიცოცხლო საქმიანობის შეწყვეტის მომენტიდან.

რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის ჯაჭვები

ლაბორატორიულ პირობებში ჩატარდა რადიოაქტივობის კვლევები. რადიოაქტიური ელემენტების საოცარი შესაძლებლობა, რომ საათების, დღეების და წლების განმავლობაში აქტიურობის შენარჩუნება არ შეეძლო გაეცნოთ მეოცე საუკუნის დასაწყისის ფიზიკოსებს. კვლევები, მაგალითად, თორუმი, თან ახლავს მოულოდნელი შედეგი: დახურულ ამპულაში, მისი საქმიანობა მნიშვნელოვანი იყო. ოდნავი დარტყმა ის დაეცა. დასკვნა მარტივია: თორიუმის ტრანსფორმაცია თან ახლავს რადონი (გაზი) გათავისუფლებას. რადიოაქტივობის პროცესში ყველა ელემენტი გარდაიქმნება მთლიანად განსხვავებულ ნივთიერებაზე, განსხვავდება როგორც ფიზიკური, ისე ქიმიური თვისებებით. ეს ნივთიერება, თავის მხრივ, ასევე არასტაბილურია. დღესდღეობით ცნობილია მსგავსი ტიპის ტრანსფორმაციების სამი სერია.

ასეთი ტრანსფორმაციის ცოდნა ძალზე მნიშვნელოვანია ატომური და ბირთვული კვლევების ან კატასტროფების პროცესში ინფიცირებული ზონების მიუწვდომლობის დროს. პლუტონიუმის ნახევარი ცხოვრება, მისი იზოტოპის მიხედვით, 86 წლიდან (Pu 238) 80 მ (Pu 244). თითოეული იზოტოპის კონცენტრაცია იძლევა ტერიტორიის სადეზინფექციო პერიოდის იდეას.

ყველაზე ძვირადღირებული ლითონი

ცნობილია, რომ ჩვენს დროს ლითონები უფრო ძვირია, ვიდრე ოქრო, ვერცხლი და პლატინი. მათ ასევე ეკუთვნის პლუტონიუმი. საინტერესოა, რომ ევოლუციის პროცესში შექმნილი ბუნების პლუტონიუმი არ ხდება. ელემენტების უმრავლესობა ლაბორატორიული პირობებით იქნა მიღებული. ბირთვულ რეაქტორებში პლუტონიუმის 239 ექსპლუატაცია შესაძლებელი გახდა ამ დღეებში ძალიან პოპულარული გახდა. საკმარისია ამ იზოტოპით გამოყენება რეაქტორებში, რაც თითქმის ფასდაუდებელს ხდის.

პლუტონიუმი 239 მიიღება ბუნებრივ პირობებში ურანის-239-ის გარდაქმნის ჯაჭვის ნეპტუნიუმ-239-ის (ნახევარი სიცოცხლე - 56 საათი) ფარგლებში. მსგავსი ჯაჭვი საშუალებას აძლევს პლუტონიუმის დაგროვება ბირთვულ რეაქტორებში. საჭირო რაოდენობის გამოვლინების სიჩქარე აღემატება ბუნებრივს მილიარდობით ჯერ.

განცხადება ენერგეტიკის სფეროში

ჩვენ შეგვიძლია გავიგოთ ბევრი რამ ბირთვული ენერგიის ნაკლოვანებაზე და კაცობრიობის შესახებ "უცნაური მოვლენების შესახებ", რომელიც თითქმის ნებისმიერი აღმოჩენა იყენებს საკუთარი სახის განადგურებას. პლუტონიუმის 239-ის აღმოჩენა, რომელსაც შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს ჯაჭვის ბირთვულ რეაქციაში, შესაძლებელი გახადა გამოიყენოს ის როგორც მშვიდობიანი ენერგიის წყარო. Uranium-235, რომელიც პლუტონიუმის ანალოგია, დედამიწაზე ძალიან იშვიათია, გაცილებით ძნელია ურანის მადნისგან გამოყოფა პლუტონიუმის მისაღებად.

დედამიწის ასაკი

რადიოაქტიური ელემენტების იზოტოპების რადიოსიოტოპული ანალიზი ასახავს მოცემული ნიმუშის სიცოცხლის უფრო ზუსტ სურათს.

დედამიწის ქერქში შეტანილი "ურანი-თორიუმის" ტრანსფორმაციის ჯაჭვის გამოყენება შესაძლებელს გახდის ჩვენი პლანეტის ასაკის განსაზღვრას. მთლიანი დედამიწის ქერქის საშუალო ამ ელემენტების პროცენტული მაჩვენებელი ამ მეთოდის საფუძველზეა. ბოლო მონაცემებით, დედამიწის ასაკი 4,6 მილიარდი წელია.