Decay Constant

Τι είναι η σταθερά διάσπασης;

Μπορούμε να ορίσουμε τη σταθερά διάσπασης ως τον καθοριστικό παράγοντα του ρυθμού διάβρωσης ή πτώσης. Η σταθερά διάσπασης ενός ραδιενεργού στοιχείου ορίζεται ως η πιθανότητα να διασπαστεί σε δεδομένο χρόνο. Υποδηλώνεται με το γράμμα λ, που διαβάζεται ως λάμδα. Η προσδοκία αυτής της σταθεράς θα μπορούσε να είναι διαφορετική μεταξύ διαφορετικών τύπων πυρήνων. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε διάφορους ρυθμούς αποσύνθεσης. Οι μονάδες που χρησιμοποιούνται για αυτή τη σταθερά για την αποσύνθεση περιλαμβάνουν τα s-1 και A-1.

Στη σταθερά διάσπασης, μπορούμε να δούμε ότι η ραδιενέργεια είναι μια στοχαστική διαδικασία. είναι δύσκολο να γνωρίζουμε με ακρίβεια την ακριβή στιγμή που ένας συγκεκριμένος πυρήνας θα υποβαθμιστεί.

Ωστόσο, είναι δυνατό να εκτιμηθεί η πιθανότητα ότι ένας πυρήνας θα υποβαθμιστεί με την πάροδο του χρόνου.

Ο μηχανισμός της σταθεράς διάσπασης

Για έναν συγκεκριμένο μηχανισμό διάσπασης, ο συντελεστής ραδιενεργής διάσπασης για ένα δεδομένο νουκλίδιο μπορεί να οριστεί ως το ποσοστό της μονάδας του χρόνου που ένας συγκεκριμένος πυρήνας θα διασπαστεί χρησιμοποιώντας αυτόν τον μηχανισμό. Η ραδιενεργή διάσπαση τυπικά εκφράζεται ως σύμβολο λ. Ο ορισμός μπορεί να εκφραστεί ως η εξίσωση

P =λ Δt

στην οποία το P αντιπροσωπεύει την πιθανότητα ενός πυρήνα που είναι ασταθής να αποσυντεθεί εντός της χρονικής περιόδου Δt που είναι μικρότερη από τον χρόνο ημιζωής του νουκλιδίου.

Εάν υπάρχουν N πυρήνες στο δείγμα, η μέση διακύμανση στην ποσότητα, ΔN, που προκύπτει από διασπάσεις μετά το χρόνο Δt είναι

ΔN =-λ N Δt

Η μέτρηση των ραδιενεργών νουκλεϊδίων

Ένα ραδιενεργό νουκλεΐδιο που μπορεί να μετρηθεί λογικά θα έχει πολλούς πυρήνες, N, που είναι μεγαλύτεροι από ~ 1020. Το ποσοστό των πυρήνων που διασπώνται με την πάροδο του χρόνου Δt πλησιάζει όλο και περισσότερο την προβλεπόμενη αναλογία, δηλαδή λ Δt .

Η σταθερά διάσπασης βασίζεται αποκλειστικά στο συγκεκριμένο ραδιενεργό νουκλίδιο και στον μηχανισμό διάσπασης που εμπλέκεται. Δεν εξαρτάται από τον αριθμό των πυρήνων στο δείγμα ή από εξωτερικούς παράγοντες όπως η θερμοκρασία.

Στα περισσότερα ραδιενεργά δείγματα, υπάρχουν πολλοί τρόποι διάσπασης, είτε λόγω διαφορετικών διεργασιών σε ένα νουκλεΐδιο είτε λόγω της παρουσίας ενός μείγματος νουκλεϊδίων. Σε αυτές τις περιπτώσεις, κάθε τύπος διαδικασίας αποσύνθεσης θα πρέπει να αξιολογείται ξεχωριστά. Είναι αδύνατο να ενσωματωθούν σταθερές αποσύνθεσης σε μια απλή μέθοδο.

Αναπαράσταση του νόμου της ραδιενεργής διάσπασης

Η αναπαράσταση μονάδας SI και η έκφραση μονάδας βάσης SI είναι s-1

Άλλες μονάδες που χρησιμοποιούνται συνήθως:έτη-1,  ώρες-1,  λεπτά-1

Ο νόμος της ραδιενεργής διάσπασης ορίζει ότι η πιθανότητα ανά μονάδα χρόνου ότι ο πυρήνας είναι πιθανό να διασπαστεί είναι σταθερή, ανεξάρτητα από το χρόνο. Αυτή η σταθερά αναφέρεται ως σταθερά διάσπασης και υποδεικνύεται με το γράμμα λ ή λάμδα. Η πιθανότητα για αυτή τη σταθερά μπορεί να διαφέρει πολύ μεταξύ διαφορετικών ειδών πυρήνων. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε διάφορα παρατηρούμενα ποσοστά αποσύνθεσης. Η ραδιενεργή διάσπαση μιας ορισμένης ποσότητας ατόμων (μάζας) μπορεί να είναι εκθετική με την πάροδο του χρόνου.

Νόμος ραδιενεργής διάσπασης:N =N.e-λt

Ο ρυθμός διάσπασης των πυρηνικών στοιχείων μετριέται με τους χρόνους ημιζωής. Ο όρος «ημιζωή» αναφέρεται στο χρονικό διάστημα που χρειάζεται ένα ισότοπο για να χάσει το ήμισυ της ραδιενέργειας του. Εάν ένα ραδιοϊσότοπο βρεθεί να έχει χρόνο ημιζωής δεκατεσσάρων ημερών ή περισσότερο, τα μισά άτομα του θα διασπαστούν σε 14 ημέρες. Μετά από 14 ημέρες, το υπόλοιπο μισό θα υποβαθμιστεί και ο κύκλος συνεχίζεται.

Οι χρόνοι ημιζωής ποικίλλουν από μερικά εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου για τα ραδιενεργά υλικά σχάσης έως δισεκατομμύρια χρόνια στην περίπτωση ουσιών με μεγάλη διάρκεια ζωής (όπως το ουράνιο που υπάρχει φυσικά). Σημειώστε ότι οι μικρότεροι χρόνοι ημιζωής σχετίζονται με υψηλές σταθερές αποσύνθεσης. Το ραδιενεργό υλικό με μικρό χρόνο ημιζωής έχει υψηλότερη ραδιενέργεια (στο σημείο παραγωγής). Ωστόσο, θα περάσει από μια ταχεία απώλεια ραδιενέργειας. Ανεξάρτητα από το πόσο καιρό ή πόσο σύντομο έχει περάσει ο χρόνος ημιζωής στο τέλος των επτά χρόνων ημιζωής, απομένει λιγότερο από ένα τοις εκατό στη δραστηριότητα που ήταν αρχικά παρούσα.

Υπολογισμός νόμου ραδιενεργού διάσπασης

Ο νόμος της ραδιενεργής διάσπασης θα μπορούσε να υπολογιστεί για τον υπολογισμό της δραστηριότητας ή τους υπολογισμούς της μάζας του ραδιενεργού υλικού:

Αριθμός πυρήνων N =N0.e-λt

Δραστηριότητα Α =A0.e-λt

Μάζα m =m0.e-λt

Στις παραπάνω εξισώσεις, N0 (αριθμός σωματιδίων) είναι ο συνολικός αριθμός σωματιδίων μέσα στο δείγμα και A0 (ολική ενεργοποίηση) είναι η ποσότητα διάσπασης ανά μονάδα χρόνου ενός ραδιενεργού δείγματος και m0 είναι η αρχική μάζα ραδιενεργού υλικού. /P>

Ο χρόνος ημιζωής της αποσύνθεσης στη ραδιενεργή ουσία μπορεί να μεταβληθεί. Η ραδιενεργή διάσπαση συμβαίνει όταν ένας ασταθής πυρήνας του ατόμου μετασχηματίζεται σε κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας και εκπέμπει κάποια ακτινοβολία. Η διαδικασία μετατρέπει το άτομο σε ένα νέο στοιχείο ή ένα ισότοπο ενός διαφορετικού. Επειδή η ραδιενεργή διάσπαση εμφανίζεται ως αυθόρμητη διαδικασία, μπορεί να πιστεύετε ότι η διάρκεια της διαδικασίας είναι αμετάβλητη και δεν μπορεί να αλλάξει από εξωτερικές επιρροές. Ωστόσο, αυτός ο ισχυρισμός δεν είναι απόλυτα ακριβής.

Η διάρκεια της ραδιενεργής διάσπασης θα μπορούσε να μεταβληθεί αλλάζοντας την κατάσταση των ηλεκτρονίων στον πυρήνα. Σε έναν συγκεκριμένο τύπο ραδιενεργού διάσπασης που ονομάζεται «σύλληψη ηλεκτρονίων», ο πυρήνας απορροφά ηλεκτρόνια από το άτομο και στη συνέχεια τα συνδυάζει με πρωτόνια, με αποτέλεσμα το νετρόνιο και το νετρίνο. Όσο περισσότερες κυματικές συναρτήσεις των ηλεκτρονίων συμπίπτουν με αυτές του πυρήνα, τόσο καλύτερα ο πυρήνας μπορεί να συλλάβει ένα ηλεκτρόνιο. Έτσι, η διάρκεια ενός τρόπου ραδιενεργού διάσπασης σύλληψης ηλεκτρονίων εξαρτάται από την κατάσταση στην οποία βρίσκονται τα ηλεκτρόνια του ατόμου.

Συμπέρασμα

Μια σταθερά διάσπασης έχει σύμβολο λ και μονάδες:s−1 ή A−1 για ένα ραδιενεργό στοιχείο είναι η πιθανότητα διάσπασής του ανά μονάδα χρόνου. Νουκλίδια που είναι γονικά μεταξύ τους, το P μειώνεται με το χρόνο ως dP /P =−λ dt. Η ενέργεια που απαιτείται για την αλληλεπίδραση μεταξύ νετρονίων και πρωτονίων που προκαλείται από πυρηνικές δυνάμεις είναι 1.000.000 φορές πιο ισχυρή από τις δυνάμεις των μοριακών και ηλεκτρονικών δυνάμεων. Η πιθανότητα διάσπασης και το λ δεν είναι ευαίσθητα όχι μόνο στη θερμοκρασία και την πίεση, αλλά και στην αντοχή των δεσμών στους οποίους συνδέεται το ραδιενεργό συστατικό. Η σταθερά διάσπασης σχετίζεται με τον χρόνο ημιζωής του νουκλιδίου T 1/2 έως Τ 1/2 =ln 2/λ.