Halbwertszeit. Halbwertszeit radioaktiver Elemente – was ist das und wie wird sie bestimmt? Halbwertszeitformel

Die Halbwertszeit eines Stoffes, der sich im Zerfallsstadium befindet, ist die Zeit, in der sich die Menge dieses Stoffes um die Hälfte verringert. Der Begriff wurde ursprünglich zur Beschreibung des Verfalls verwendet radioaktive Elemente, wie Uran oder Plutonium, aber im Allgemeinen kann es für jede Substanz verwendet werden, die mit einer festgelegten oder exponentiellen Geschwindigkeit zerfällt. Sie können die Halbwertszeit jeder Substanz berechnen, indem Sie die Zerfallsrate kennen, die sich aus der Differenz zwischen der Anfangsmenge der Substanz und der nach einer bestimmten Zeit verbleibenden Menge der Substanz ergibt. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Sie schnell und einfach die Halbwertszeit einer Substanz berechnen können.

Schritte

Berechnung der Halbwertszeit

1. Teilen Sie die Menge eines Stoffes zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die Menge des Stoffes, die nach einer bestimmten Zeitspanne übrig bleibt.

   • Formel zur Berechnung der Halbwertszeit: t 1/2 = t * ln(2)/ln(N 0 /N t)
   • In dieser Formel ist t die verstrichene Zeit, N 0 die Anfangsmenge der Substanz und N t die Menge der Substanz nach der verstrichenen Zeit.
   • Wenn beispielsweise die Startmenge 1500 Gramm und das Endvolumen 1000 Gramm beträgt, beträgt die Startmenge dividiert durch das Endvolumen 1,5. Nehmen wir an, dass die verstrichene Zeit 100 Minuten beträgt, also (t) = 100 Minuten.

2. Berechnung dezimaler Logarithmus Zahl (Protokoll), die im vorherigen Schritt erhalten wurde. Geben Sie dazu die resultierende Zahl in einen wissenschaftlichen Taschenrechner ein und drücken Sie dann die Log-Taste, oder geben Sie log(1,5) ein und drücken Sie das Gleichheitszeichen, um das Ergebnis zu erhalten.

   • Der Logarithmus einer Zahl zu einer bestimmten Basis ist der Exponent, auf den die Basis erhöht werden muss (d. h. so oft, wie die Basis mit sich selbst multipliziert werden muss), um diese Zahl zu erhalten. Dezimale Logarithmen verwenden die Basis 10. Die Log-Taste auf dem Taschenrechner entspricht dem dezimalen Logarithmus. Einige Rechner berechnen natürliche Logarithmen ln.
   • Wenn log(1,5) = 0,176, bedeutet dies, dass der Logarithmus zur Basis 10 von 1,5 0,176 beträgt. Das heißt, wenn Sie die Zahl 10 mit 0,176 potenzieren, erhalten Sie 1,5.

3. Multiplizieren Sie die verstrichene Zeit mit dem Dezimallogarithmus von 2. Wenn Sie log(2) mit einem Taschenrechner berechnen, ergibt sich ein Wert von 0,30103. Bitte beachten Sie, dass die verstrichene Zeit 100 Minuten beträgt.

   • Wenn die verstrichene Zeit beispielsweise 100 Minuten beträgt, multiplizieren Sie 100 mit 0,30103. Das Ergebnis ist 30.103.

4. Teilen Sie die im dritten Schritt erhaltene Zahl durch die im zweiten Schritt berechnete Zahl.

   • Wenn beispielsweise 30,103 durch 0,176 geteilt wird, ist das Ergebnis 171,04. Dadurch erhalten wir die Halbwertszeit der Substanz, ausgedrückt in den im dritten Schritt verwendeten Zeiteinheiten.

5. Bereit. Nachdem Sie nun die Halbwertszeit für dieses Problem berechnet haben, müssen Sie beachten, dass wir für die Berechnungen den dezimalen Logarithmus verwendet haben, Sie könnten aber auch den natürlichen Logarithmus ln verwenden – das Ergebnis wäre das gleiche. Und tatsächlich wird bei der Berechnung der Halbwertszeit häufiger der natürliche Logarithmus verwendet.

   • Das heißt, Sie müssten die natürlichen Logarithmen berechnen: ln(1,5) (Ergebnis 0,405) und ln(2) (Ergebnis 0,693). Wenn Sie dann ln(2) mit 100 (Zeit) multiplizieren, erhalten Sie 0,693 x 100 = 69,3 und durch Division durch 0,405 erhalten Sie ein Ergebnis von 171,04 – dasselbe wie bei Verwendung des Dezimallogarithmus.

   Lösung von Halbwertszeitproblemen

   1. Finden Sie heraus, wie viel Substanz darin steckt bekannter Zeitraum verbleibende Halbwertszeit eine bestimmte Menge von Zeit. Lösen Sie das folgende Problem: Dem Patienten wurden 20 mg Jod-131 verabreicht. Wie viel bleibt nach 32 Tagen übrig? Die Halbwertszeit von Jod-131 beträgt 8 Tage. So lösen Sie dieses Problem:

      • Lassen Sie uns herausfinden, wie oft sich die Substanz in 32 Tagen halbiert hat. Dazu finden wir heraus, wie oft 8 (das ist die Halbwertszeit von Jod) in 32 (in der Anzahl der Tage) passt. Dazu benötigt man 32/8 = 4, die Substanzmenge wurde also um das Vierfache halbiert.
      • Mit anderen Worten bedeutet dies, dass nach 8 Tagen noch 20 mg/2 übrig sind, also 10 mg der Substanz. Nach 16 Tagen sind 10 mg/2 bzw. 5 mg der Substanz vorhanden. Nach 24 Tagen verbleiben 5 mg/2, also 2,5 mg der Substanz. Nach 32 Tagen erhält der Patient schließlich 2,5 mg/2 bzw. 1,25 mg der Substanz.

   2. Ermitteln Sie die Halbwertszeit einer Substanz, wenn die Anfangs- und Restmengen der Substanz sowie die verstrichene Zeit bekannt sind. Lösen Sie das folgende Problem: Das Labor erhielt 200 g Technetium-99m und nach 24 Stunden waren nur noch 12,5 g Isotope übrig. Wie hoch ist die Halbwertszeit von Technetium-99m? So lösen Sie dieses Problem:

      • Gehen wir in umgekehrter Reihenfolge vor. Wenn 12,5 g eines Stoffes übrig bleiben, waren vor der Halbierung seiner Menge 25 g des Stoffes vorhanden (da 12,5 x 2); Davor gab es 50 g der Substanz, und davor waren es 100 g, und schließlich waren es davor 200 g.
      • Dies bedeutet, dass 4 Halbwertszeiten verstrichen sind, bevor aus 200 g 12,5 g der Substanz übrig bleiben. Es stellt sich heraus, dass die Halbwertszeit 24 Stunden / 4 Mal, also 6 Stunden, beträgt.

   3. Finden Sie heraus, wie viele Halbwertszeiten erforderlich sind, damit die Menge eines Stoffes auf einen bestimmten Wert reduziert wird. Lösen Sie das folgende Problem: Die Halbwertszeit von Uran-232 beträgt 70 Jahre. Wie viele Halbwertszeiten dauert es, bis 20 g einer Substanz auf 1,25 g reduziert werden? So lösen Sie dieses Problem:

      • Beginnen Sie mit 20 g und reduzieren Sie diese schrittweise. 20 g/2 = 10 g (1 Halbwertszeit), 10 g/2 = 5 (2 Halbwertszeiten), 5 g/2 = 2,5 (3 Halbwertszeiten) und 2,5/2 = 1,25 (4 Halbwertszeiten). Antwort: Es sind 4 Halbwertszeiten erforderlich.

   Warnungen

   • Bei der Halbwertszeit handelt es sich nicht um eine exakte Berechnung, sondern um eine ungefähre Bestimmung der Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte der verbleibenden Substanz zerfällt. Wenn beispielsweise nur ein Atom einer Substanz übrig bleibt, bleibt nach der Halbwertszeit nicht nur ein halbes Atom übrig, sondern ein oder null Atome. Je größer die Stoffmenge, desto genauer ist die Berechnung nach dem Gesetz der großen Zahlen

Halbwertszeit

Halbwertszeit quantenmechanisches System (Teilchen, Kern, Atom, Energielevel usw.) - Zeit T½, wobei das System mit einer Wahrscheinlichkeit von 1/2 zerfällt. Betrachtet man ein Ensemble unabhängiger Teilchen, so nimmt die Zahl der überlebenden Teilchen während einer Halbwertszeit im Durchschnitt um das Zweifache ab. Der Begriff gilt nur für exponentiell zerfallende Systeme.

Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass alle im ersten Moment aufgenommenen Teilchen innerhalb von zwei Halbwertszeiten zerfallen. Da jede Halbwertszeit die Anzahl der überlebenden Teilchen in der Zeit 2 um die Hälfte reduziert T½ bleibt ein Viertel der ursprünglichen Teilchenzahl, bei 3 T½ - ein Achtel usw. Im Allgemeinen der Anteil der überlebenden Partikel (oder genauer gesagt die Überlebenswahrscheinlichkeit). P für ein gegebenes Teilchen) hängt von der Zeit ab T auf die folgende Weise:

Die Halbwertszeit, die durchschnittliche Lebensdauer und die Zerfallskonstante hängen durch die folgenden Beziehungen zusammen, die sich aus dem Gesetz des radioaktiven Zerfalls ableiten:

Denn die Halbwertszeit ist etwa 30,7 % kürzer als die durchschnittliche Lebenszeit.

In der Praxis wird die Halbwertszeit durch Messung der Aktivität des Testarzneimittels in bestimmten Zeitabständen bestimmt. Wenn man bedenkt, dass die Aktivität eines Arzneimittels proportional zur Anzahl der Atome der zerfallenden Substanz ist, und indem man das Gesetz des radioaktiven Zerfalls anwendet, kann man die Halbwertszeit einer bestimmten Substanz berechnen.

Beispiel

Wenn wir für einen bestimmten Zeitpunkt die Anzahl der Kerne angeben, die zur radioaktiven Umwandlung fähig sind N und die Zeit danach T 2 - T 1 wo T 1 und T 2 - ziemlich nahe Momente ( T 1 < T 2) und die Anzahl der Zersetzungen Atomkerne während dieser Zeit N, Das N = KN(T 2 - T 1). Wo ist der Proportionalitätsfaktor? K = 0,693/T½ wird Zerfallskonstante genannt. Wenn wir die Differenz nehmen ( T 2 - T 1) gleich eins, das heißt, das Beobachtungszeitintervall ist dann gleich eins K = N/N und daher zeigt die Zerfallskonstante den Anteil der verfügbaren Anzahl an Atomkernen an, die pro Zeiteinheit zerfallen. Folglich erfolgt der Zerfall so, dass pro Zeiteinheit der gleiche Bruchteil der verfügbaren Anzahl von Atomkernen zerfällt, was das Gesetz des exponentiellen Zerfalls bestimmt.

Die Halbwertszeiten variieren für verschiedene Isotope; Bei einigen, insbesondere bei schnell zerfallenden Isotopen, kann die Halbwertszeit Millionstelsekunden betragen, und bei einigen Isotopen wie Uran-238 und Thorium-232 beträgt sie 4,498 · 10 9 bzw. 1,389 · 10 · 10 Jahre. Es ist einfach, die Anzahl der Uran-238-Atome zu berechnen, die sich in einer bestimmten Menge Uran, beispielsweise in einem Kilogramm, innerhalb einer Sekunde umwandeln. Die Menge eines beliebigen Elements in Gramm, numerisch gleich dem Atomgewicht, enthält bekanntlich 6,02·10 23 Atome. Daher gemäß der obigen Formel N = KN(T 2 - T 1) Finden Sie die Anzahl der Uranatome, die in einem Kilogramm in einer Sekunde zerfallen, und berücksichtigen Sie dabei, dass ein Jahr 365 * 24 * 60 * 60 Sekunden hat.

Berechnungen führen zu der Tatsache, dass in einem Kilogramm Uran innerhalb einer Sekunde zwölf Millionen Atome zerfallen. Trotz dieser enormen Zahl ist die Transformationsrate immer noch vernachlässigbar. Tatsächlich zerfällt der folgende Teil des Urans pro Sekunde:

Somit entspricht sein Anteil an der verfügbaren Uranmenge

Wenden wir uns noch einmal dem Grundgesetz des radioaktiven Zerfalls zu KN(T 2 - T 1), d Das kann man sagen Dieses Gesetz ist in dem Sinne statistisch, dass es nicht angibt, welche Atomkerne in einem bestimmten Zeitraum zerfallen, sondern nur über deren Anzahl spricht. Zweifellos bleibt dieses Gesetz nur dann gültig, wenn die verfügbare Anzahl von Kernen sehr groß ist. Einige der Atomkerne werden in naher Zukunft zerfallen, während andere Kerne erst viel später Umwandlungen erfahren. Wenn also die verfügbare Anzahl radioaktiver Atomkerne relativ gering ist, ist das Gesetz des radioaktiven Zerfalls möglicherweise nicht strikt erfüllt.

Beispiel 2

Die Probe enthält 10 g des Plutoniumisotops Pu-239 mit einer Halbwertszeit von 24.400 Jahren. Wie viele Plutoniumatome zerfallen pro Sekunde?

Wir haben die momentane Abklingrate berechnet. Wir berechnen die Anzahl der zerfallenen Atome anhand der Formel

Die letzte Formel ist nur gültig, wenn der betreffende Zeitraum (in diesem Fall 1 Sekunde) deutlich kürzer als die Halbwertszeit ist. Wenn der betrachtete Zeitraum mit der Halbwertszeit vergleichbar ist, sollte die Formel verwendet werden

Diese Formel ist in jedem Fall geeignet, erfordert jedoch für kurze Zeiträume Berechnungen mit sehr hoher Genauigkeit. Für diese Aufgabe:

Teilweise Halbwertszeit

Wenn ein System mit einer Halbwertszeit T 1/2 kann über mehrere Kanäle abklingen, für jeden von ihnen kann eine Bestimmung vorgenommen werden partielle Halbwertszeit. Sei die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls ich der te Kanal (Verzweigungsverhältnis) ist gleich p ich. Dann beträgt die partielle Halbwertszeit gem ich der te kanal ist gleich

„Partial“ bedeutet die Halbwertszeit, die ein bestimmtes System hätte, wenn alle Zerfallskanäle „ausgeschaltet“ wären, außer ich Th. Denn per Definition gilt das für jeden Abklingkanal.

Halbwertszeitstabilität

In allen beobachteten Fällen (mit Ausnahme einiger Isotope, die durch Elektroneneinfang zerfallen) war die Halbwertszeit konstant (einige Berichte über Änderungen in diesem Zeitraum wurden durch unzureichende experimentelle Genauigkeit verursacht, insbesondere durch unvollständige Reinigung hochaktiver Isotope). In diesem Zusammenhang gilt die Halbwertszeit als unverändert. Auf dieser Grundlage wird die Bestimmung des absoluten geologischen Alters von Gesteinen sowie die Radiokohlenstoffmethode zur Bestimmung des Alters biologischer Überreste aufgebaut.

Die Annahme über die Variabilität der Halbwertszeit wird sowohl von Kreationisten als auch von Vertretern der sogenannten verwendet. „Alternative Wissenschaft“ zur Widerlegung der wissenschaftlichen Datierung von Gesteinen, Überresten von Lebewesen und historischen Funden mit dem Ziel, die auf der Grundlage solcher Datierungen aufgestellten wissenschaftlichen Theorien weiter zu widerlegen. (Siehe zum Beispiel die Artikel Kreationismus, Wissenschaftlicher Kreationismus, Kritik des Evolutionismus, Das Grabtuch von Turin).

Schwankungen in der Zerfallskonstante für den Elektroneneinfang wurden experimentell beobachtet, sie liegen jedoch über den gesamten im Labor verfügbaren Druck- und Temperaturbereich im Bereich eines Prozentsatzes. Die Halbwertszeit ändert sich in diesem Fall aufgrund einer gewissen (eher schwachen) Abhängigkeit der Dichte der Wellenfunktion der Orbitalelektronen in der Nähe des Kerns von Druck und Temperatur. Signifikante Änderungen der Zerfallskonstante wurden auch bei stark ionisierten Atomen beobachtet (im Grenzfall eines vollständig ionisierten Kerns kann beispielsweise ein Elektroneneinfang nur dann erfolgen, wenn der Kern mit freien Elektronen des Plasmas interagiert; außerdem ist der Zerfall zulässig neutrale Atome, in einigen Fällen kann für stark ionisierte Atome kinematisch verboten werden). Alle diese Optionen für Änderungen der Zerfallskonstanten können offensichtlich nicht zur „Widerlegung“ der radiochronologischen Datierung verwendet werden, da der Fehler der radiochronometrischen Methode selbst bei den meisten Isotopenchronometern mehr als ein Prozent beträgt und stark ionisierte Atome in natürlichen Objekten auf der Erde dies nicht können existieren schon seit längerer Zeit.

Die Suche nach möglichen Schwankungen der Halbwertszeiten radioaktiver Isotope, sowohl aktuell als auch über Milliarden von Jahren hinweg, ist im Zusammenhang mit der Hypothese über Schwankungen der Werte grundlegender Konstanten in der Physik (Feinstrukturkonstante, Fermi-Konstante usw.) interessant .). Sorgfältige Messungen haben jedoch noch keine Ergebnisse erbracht – es wurden keine Änderungen der Halbwertszeiten innerhalb des experimentellen Fehlers festgestellt. So konnte gezeigt werden, dass sich die α-Zerfallskonstante von Samarium-147 über einen Zeitraum von 4,6 Milliarden Jahren um nicht mehr als 0,75 % änderte und beim β-Zerfall von Rhenium-187 die Änderung im gleichen Zeitraum nicht mehr als 0,5 % betrug. ; In beiden Fällen sind die Ergebnisse mit dem Fehlen solcher Änderungen vereinbar.

siehe auch

Anmerkungen

Wikimedia-Stiftung. 2010.

• Ai
• Merenra I

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Halbwertszeit“ ist:

HALBWERTSZEIT- HALBLEBEN, der Zeitraum, in dem die Hälfte der angegebene Menge radioaktive Isotopenkerne (die sich in ein anderes Element oder Isotop umwandeln). Es wird nur die Halbwertszeit gemessen, da kein vollständiger Zerfall erfolgt... ... Wissenschaftlich und technisch Enzyklopädisches Wörterbuch

HALBWERTSZEIT- ein Zeitraum, in dem sich die anfängliche Anzahl radioaktiver Kerne durchschnittlich halbiert. Wenn zum Zeitpunkt t=0 N0 radioaktive Kerne vorhanden sind, nimmt ihre Anzahl N mit der Zeit nach dem Gesetz ab: N=N0e lt, wobei l die radioaktive Zerfallskonstante ist... Physische Enzyklopädie

HALBWERTSZEIT- die Zeit, die benötigt wird, um die Hälfte des ursprünglichen radioaktiven Materials oder Pestizids zu zersetzen. Ökologisches enzyklopädisches Wörterbuch. Chisinau: Hauptredaktion der Moldauischen Sowjetenzyklopädie. I.I. Dedu. 1989 ... Ökologisches Wörterbuch

HALBWERTSZEIT- Zeitraum T1/2, in dem sich die Anzahl instabiler Kerne halbiert. T1/2 = 0,693/λ = 0,693·τ, wobei λ die radioaktive Zerfallskonstante ist; τ ist die durchschnittliche Lebensdauer eines radioaktiven Kerns. Siehe auch Radioaktivität... Russische Enzyklopädie des Arbeitsschutzes

Halbwertszeit- Die Zeit, in der die Aktivität einer radioaktiven Quelle auf die Hälfte ihres Wertes abnimmt. [Zerstörungsfreies Prüfsystem. Arten (Methoden) und Technologie der zerstörungsfreien Prüfung. Begriffe und Definitionen (Nachschlagewerk). Moskau 2003]… … Leitfaden für technische Übersetzer

HALBWERTSZEIT

HALBWERTSZEIT, der Zeitraum, in dem die Hälfte einer bestimmten Anzahl von Kernen eines radioaktiven Isotops zerfällt (die sich in ein anderes Element oder Isotop umwandeln). Es wird nur die Halbwertszeit gemessen, da kein vollständiger Zerfall erfolgt. Die Halbwertszeit bleibt bei jeder Temperatur und jedem Druck konstant, variiert jedoch stark zwischen verschiedenen Isotopen. Sauerstoff-20 hat eine Halbwertszeit von 14 Sekunden und Uran-234 hat eine Halbwertszeit von etwa 250.000 Jahren. Der Zerfall eines radioaktiven Isotops geht mit der Emission von Alpha- und Betateilchen einher. Durch Messung der Intensität ihrer Freisetzung kann der Zerfall untersucht werden. Der Begriff „Halbwertszeit“ bezieht sich auch auf Partikel, die zufällig in neue Partikel zerfallen. Ein freies Neutron zerfällt also in ein Proton und ein Elektron. Siehe auch Radiokarbondatierung, radioaktiver Zerfall.

Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch.

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Der Zeitraum, in dem sich die anfängliche Anzahl radioaktiver Kerne im Durchschnitt halbiert. Wenn zum Zeitpunkt t=0 N0 radioaktive Kerne vorhanden sind, nimmt ihre Anzahl N mit der Zeit nach dem Gesetz ab: N=N0e lt, wobei l die radioaktive Zerfallskonstante ist... Physische Enzyklopädie

Die Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte des ursprünglichen radioaktiven Materials oder Pestizids zerfällt. Ökologisches enzyklopädisches Wörterbuch. Chisinau: Hauptredaktion der Moldauischen Sowjetenzyklopädie. I.I. Dedu. 1989 ... Ökologisches Wörterbuch

HALBWERTSZEIT- Zeitraum T1/2, in dem sich die Anzahl instabiler Kerne halbiert. T1/2 = 0,693/λ = 0,693·τ, wobei λ die radioaktive Zerfallskonstante ist; τ ist die durchschnittliche Lebensdauer eines radioaktiven Kerns. Siehe auch Radioaktivität... Russische Enzyklopädie des Arbeitsschutzes

Halbwertszeit- Die Zeit, in der die Aktivität einer radioaktiven Quelle auf die Hälfte ihres Wertes abnimmt. [Zerstörungsfreies Prüfsystem. Arten (Methoden) und Technologie der zerstörungsfreien Prüfung. Begriffe und Definitionen (Nachschlagewerk). Moskau 2003]… … Leitfaden für technische Übersetzer

Für ein quantenmechanisches System (Teilchen, Kern, Atom, Energieniveau usw.) Zeit T½, während der das System mit Wahrscheinlichkeit 1/2 zerfällt. Betrachtet man ein Ensemble unabhängiger Teilchen, dann während einer Periode... Wikipedia

Radionuklid (T1/2), der Zeitraum, in dem sich die Anzahl der radioaktiven Kerne im Durchschnitt halbiert. * * * HALBLEBENSDAUER HALBLEBENSDAUER eines Radionuklids (T1/2), der Zeitraum, in dem die anfängliche Anzahl radioaktiver Atome ... ... Enzyklopädisches Wörterbuch

Halbwertszeit- pusėjimo trukmė statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Halbwertszeit Halbwertszeit Halbwertszeit vok. Halbwertszeit, f; Rückenhalbwertsdauer, f; Rückenhalbwertszeit, f rus. Halbwertszeit, n; Halbwertszeit, n; Halbwertszeit, m… … Fizikos terminų žodynas

Halbwertszeit- skilimo pusėjimo trukmė statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Abklinghalbzeit; Abklingzeit vok. Halbwertszeit des radioaktiven Zerfalls, f rus. Halbwertszeit, m; Halbwertszeit, m pranc. période de demi vie, f; période de… … Fizikos terminų žodynas

HALBWERTSZEIT- (T0,5) Zersetzungszeitraum im Boden und anderen Umgebungen. Am häufigsten gegebener Wert charakterisiert den Verlust der Pestizideigenschaften eines Stoffes um 50 %... Pestizide und Pflanzenwachstumsregulatoren

Halbwertszeit- pusėjimo trukmė statusas T sritis Standardizacija ir metrologija apibrėžtis Vidutinis laiko tarpas, per kurį skyla pusė visų radioactyviojo nuklido bandinio atomų. atitikmenys: engl. Halbwertszeit Halbwertszeit Halbwertszeit vok. Halbperiode,… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Bücher

• Half-Life, Kotova E.. Der provokante Roman bietet einen Blick durch das Schlüsselloch. Und dort entfaltet sich die wahre Geschichte einer hundertjährigen russischen Familie, die am ersten Tag des 20. Jahrhunderts in idyllischer Behaglichkeit beginnt ...

Halbwertszeit

Halbwertszeit quantenmechanisches System (Teilchen, Kern, Atom, Energieniveau usw.) - Zeit T½, wobei das System mit einer Wahrscheinlichkeit von 1/2 zerfällt. Betrachtet man ein Ensemble unabhängiger Teilchen, so nimmt die Zahl der überlebenden Teilchen während einer Halbwertszeit im Durchschnitt um das Zweifache ab. Der Begriff gilt nur für exponentiell zerfallende Systeme.

Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass alle im ersten Moment aufgenommenen Teilchen innerhalb von zwei Halbwertszeiten zerfallen. Da jede Halbwertszeit die Anzahl der überlebenden Teilchen in der Zeit 2 um die Hälfte reduziert T½ bleibt ein Viertel der ursprünglichen Teilchenzahl, bei 3 T½ - ein Achtel usw. Im Allgemeinen der Anteil der überlebenden Partikel (oder genauer gesagt die Überlebenswahrscheinlichkeit). P für ein gegebenes Teilchen) hängt von der Zeit ab T auf die folgende Weise:

Die Halbwertszeit, die durchschnittliche Lebensdauer und die Zerfallskonstante hängen durch die folgenden Beziehungen zusammen, die sich aus dem Gesetz des radioaktiven Zerfalls ableiten:

Denn die Halbwertszeit ist etwa 30,7 % kürzer als die durchschnittliche Lebenszeit.

In der Praxis wird die Halbwertszeit durch Messung der Aktivität des Testarzneimittels in bestimmten Zeitabständen bestimmt. Wenn man bedenkt, dass die Aktivität eines Arzneimittels proportional zur Anzahl der Atome der zerfallenden Substanz ist, und indem man das Gesetz des radioaktiven Zerfalls anwendet, kann man die Halbwertszeit einer bestimmten Substanz berechnen.

Beispiel

Wenn wir für einen bestimmten Zeitpunkt die Anzahl der Kerne angeben, die zur radioaktiven Umwandlung fähig sind N und die Zeit danach T 2 - T 1 wo T 1 und T 2 - ziemlich nahe Momente ( T 1 < T 2) und die Anzahl der in diesem Zeitraum zerfallenden Atomkerne N, Das N = KN(T 2 - T 1). Wo ist der Proportionalitätsfaktor? K = 0,693/T½ wird Zerfallskonstante genannt. Wenn wir die Differenz nehmen ( T 2 - T 1) gleich eins, das heißt, das Beobachtungszeitintervall ist dann gleich eins K = N/N und daher zeigt die Zerfallskonstante den Anteil der verfügbaren Anzahl an Atomkernen an, die pro Zeiteinheit zerfallen. Folglich erfolgt der Zerfall so, dass pro Zeiteinheit der gleiche Bruchteil der verfügbaren Anzahl von Atomkernen zerfällt, was das Gesetz des exponentiellen Zerfalls bestimmt.

Die Halbwertszeiten variieren für verschiedene Isotope; Bei einigen, insbesondere bei schnell zerfallenden Isotopen, kann die Halbwertszeit Millionstelsekunden betragen, und bei einigen Isotopen wie Uran-238 und Thorium-232 beträgt sie 4,498 · 10 9 bzw. 1,389 · 10 · 10 Jahre. Es ist einfach, die Anzahl der Uran-238-Atome zu berechnen, die sich in einer bestimmten Menge Uran, beispielsweise in einem Kilogramm, innerhalb einer Sekunde umwandeln. Die Menge eines beliebigen Elements in Gramm, numerisch gleich dem Atomgewicht, enthält bekanntlich 6,02·10 23 Atome. Daher gemäß der obigen Formel N = KN(T 2 - T 1) Finden Sie die Anzahl der Uranatome, die in einem Kilogramm in einer Sekunde zerfallen, und berücksichtigen Sie dabei, dass ein Jahr 365 * 24 * 60 * 60 Sekunden hat.

Berechnungen führen zu der Tatsache, dass in einem Kilogramm Uran innerhalb einer Sekunde zwölf Millionen Atome zerfallen. Trotz dieser enormen Zahl ist die Transformationsrate immer noch vernachlässigbar. Tatsächlich zerfällt der folgende Teil des Urans pro Sekunde:

Somit entspricht sein Anteil an der verfügbaren Uranmenge

Wenden wir uns noch einmal dem Grundgesetz des radioaktiven Zerfalls zu KN(T 2 - T 1), d Das kann man sagen Dieses Gesetz ist in dem Sinne statistisch, dass es nicht angibt, welche Atomkerne in einem bestimmten Zeitraum zerfallen, sondern nur über deren Anzahl spricht. Zweifellos bleibt dieses Gesetz nur dann gültig, wenn die verfügbare Anzahl von Kernen sehr groß ist. Einige der Atomkerne werden in naher Zukunft zerfallen, während andere Kerne erst viel später Umwandlungen erfahren. Wenn also die verfügbare Anzahl radioaktiver Atomkerne relativ gering ist, ist das Gesetz des radioaktiven Zerfalls möglicherweise nicht strikt erfüllt.

Beispiel 2

Die Probe enthält 10 g des Plutoniumisotops Pu-239 mit einer Halbwertszeit von 24.400 Jahren. Wie viele Plutoniumatome zerfallen pro Sekunde?

Wir haben die momentane Abklingrate berechnet. Wir berechnen die Anzahl der zerfallenen Atome anhand der Formel

Die letzte Formel ist nur gültig, wenn der betreffende Zeitraum (in diesem Fall 1 Sekunde) deutlich kürzer als die Halbwertszeit ist. Wenn der betrachtete Zeitraum mit der Halbwertszeit vergleichbar ist, sollte die Formel verwendet werden

Diese Formel ist in jedem Fall geeignet, erfordert jedoch für kurze Zeiträume Berechnungen mit sehr hoher Genauigkeit. Für diese Aufgabe:

Teilweise Halbwertszeit

Wenn ein System mit einer Halbwertszeit T 1/2 kann über mehrere Kanäle abklingen, für jeden von ihnen kann eine Bestimmung vorgenommen werden partielle Halbwertszeit. Sei die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls ich der te Kanal (Verzweigungsverhältnis) ist gleich p ich. Dann beträgt die partielle Halbwertszeit gem ich der te kanal ist gleich

„Partial“ bedeutet die Halbwertszeit, die ein bestimmtes System hätte, wenn alle Zerfallskanäle „ausgeschaltet“ wären, außer ich Th. Denn per Definition gilt das für jeden Abklingkanal.

Halbwertszeitstabilität

In allen beobachteten Fällen (mit Ausnahme einiger Isotope, die durch Elektroneneinfang zerfallen) war die Halbwertszeit konstant (einige Berichte über Änderungen in diesem Zeitraum wurden durch unzureichende experimentelle Genauigkeit verursacht, insbesondere durch unvollständige Reinigung hochaktiver Isotope). In diesem Zusammenhang gilt die Halbwertszeit als unverändert. Auf dieser Grundlage wird die Bestimmung des absoluten geologischen Alters von Gesteinen sowie die Radiokohlenstoffmethode zur Bestimmung des Alters biologischer Überreste aufgebaut.

Die Annahme über die Variabilität der Halbwertszeit wird sowohl von Kreationisten als auch von Vertretern der sogenannten verwendet. „Alternative Wissenschaft“ zur Widerlegung der wissenschaftlichen Datierung von Gesteinen, Überresten von Lebewesen und historischen Funden mit dem Ziel, die auf der Grundlage solcher Datierungen aufgestellten wissenschaftlichen Theorien weiter zu widerlegen. (Siehe zum Beispiel die Artikel Kreationismus, Wissenschaftlicher Kreationismus, Kritik des Evolutionismus, Das Grabtuch von Turin).

Schwankungen in der Zerfallskonstante für den Elektroneneinfang wurden experimentell beobachtet, sie liegen jedoch über den gesamten im Labor verfügbaren Druck- und Temperaturbereich im Bereich eines Prozentsatzes. Die Halbwertszeit ändert sich in diesem Fall aufgrund einer gewissen (eher schwachen) Abhängigkeit der Dichte der Wellenfunktion der Orbitalelektronen in der Nähe des Kerns von Druck und Temperatur. Signifikante Änderungen der Zerfallskonstante wurden auch bei stark ionisierten Atomen beobachtet (im Grenzfall eines vollständig ionisierten Kerns kann beispielsweise ein Elektroneneinfang nur dann erfolgen, wenn der Kern mit freien Elektronen des Plasmas interagiert; außerdem ist der Zerfall zulässig neutrale Atome, in einigen Fällen kann für stark ionisierte Atome kinematisch verboten werden). Alle diese Optionen für Änderungen der Zerfallskonstanten können offensichtlich nicht zur „Widerlegung“ der radiochronologischen Datierung verwendet werden, da der Fehler der radiochronometrischen Methode selbst bei den meisten Isotopenchronometern mehr als ein Prozent beträgt und stark ionisierte Atome in natürlichen Objekten auf der Erde dies nicht können existieren schon seit längerer Zeit.

Die Suche nach möglichen Schwankungen der Halbwertszeiten radioaktiver Isotope, sowohl aktuell als auch über Milliarden von Jahren hinweg, ist im Zusammenhang mit der Hypothese über Schwankungen der Werte grundlegender Konstanten in der Physik (Feinstrukturkonstante, Fermi-Konstante usw.) interessant .). Sorgfältige Messungen haben jedoch noch keine Ergebnisse erbracht – es wurden keine Änderungen der Halbwertszeiten innerhalb des experimentellen Fehlers festgestellt. So konnte gezeigt werden, dass sich die α-Zerfallskonstante von Samarium-147 über einen Zeitraum von 4,6 Milliarden Jahren um nicht mehr als 0,75 % änderte und beim β-Zerfall von Rhenium-187 die Änderung im gleichen Zeitraum nicht mehr als 0,5 % betrug. ; In beiden Fällen sind die Ergebnisse mit dem Fehlen solcher Änderungen vereinbar.

siehe auch

Anmerkungen

Wikimedia-Stiftung. 2010.

• Ai
• Merenra I

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Halbwertszeit“ ist:

HALBWERTSZEIT- HALBLIFE, der Zeitraum, in dem die Hälfte einer bestimmten Anzahl von Kernen eines radioaktiven Isotops zerfällt (und sich in ein anderes Element oder Isotop umwandelt). Es wird nur die Halbwertszeit gemessen, da kein vollständiger Zerfall erfolgt... ... Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch

HALBWERTSZEIT- ein Zeitraum, in dem sich die anfängliche Anzahl radioaktiver Kerne durchschnittlich halbiert. Wenn zum Zeitpunkt t=0 N0 radioaktive Kerne vorhanden sind, nimmt ihre Anzahl N mit der Zeit nach dem Gesetz ab: N=N0e lt, wobei l die radioaktive Zerfallskonstante ist... Physische Enzyklopädie

HALBWERTSZEIT- die Zeit, die benötigt wird, um die Hälfte des ursprünglichen radioaktiven Materials oder Pestizids zu zersetzen. Ökologisches enzyklopädisches Wörterbuch. Chisinau: Hauptredaktion der Moldauischen Sowjetenzyklopädie. I.I. Dedu. 1989 ... Ökologisches Wörterbuch

HALBWERTSZEIT- Zeitraum T1/2, in dem sich die Anzahl instabiler Kerne halbiert. T1/2 = 0,693/λ = 0,693·τ, wobei λ die radioaktive Zerfallskonstante ist; τ ist die durchschnittliche Lebensdauer eines radioaktiven Kerns. Siehe auch Radioaktivität... Russische Enzyklopädie des Arbeitsschutzes

Halbwertszeit- Die Zeit, in der die Aktivität einer radioaktiven Quelle auf die Hälfte ihres Wertes abnimmt. [Zerstörungsfreies Prüfsystem. Arten (Methoden) und Technologie der zerstörungsfreien Prüfung. Begriffe und Definitionen (Nachschlagewerk). Moskau 2003]… … Leitfaden für technische Übersetzer

Das wichtigste Merkmal eines Radionuklids ist neben anderen Eigenschaften seine Radioaktivität, also die Anzahl der Zerfälle pro Zeiteinheit (die Anzahl der Kerne, die in einer Sekunde zerfallen).

Aktivitätseinheit radioaktive Substanz- Becquerel (Bq). 1 Becquerel = 1 Zerfall pro Sekunde.

Die außersystemische Aktivitätseinheit einer radioaktiven Substanz, der Curie (Ci), wird auch heute noch verwendet. 1 Ci = 3,7*1010 Bq.

Halbwertszeit einer radioaktiven Substanz

Folie Nummer 10

Die Halbwertszeit (T1/2) ist ein Maß für die Geschwindigkeit des radioaktiven Zerfalls einer Substanz – die Zeit, die benötigt wird, bis die Radioaktivität einer Substanz um die Hälfte reduziert ist, oder die Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte der Kerne einer Substanz dies erreicht Verfall.

Nach einer Zeit, die einer Halbwertszeit des Radionuklids entspricht, nimmt seine Aktivität um die Hälfte seines ursprünglichen Wertes ab, nach zwei Halbwertszeiten um das Vierfache und so weiter. Berechnungen zeigen, dass nach einer Zeit, die zehn Halbwertszeiten eines Radionuklids entspricht, seine Aktivität um etwa das Tausendfache abnimmt.

Die Halbwertszeiten verschiedener radioaktiver Isotope (Radionuklide) liegen zwischen Bruchteilen einer Sekunde und Milliarden von Jahren.

Folie Nummer 11

Radioaktive Isotope mit Halbwertszeiten von weniger als einem Tag oder Monaten werden als kurzlebig bezeichnet, solche mit Halbwertszeiten von mehr als einigen Monaten oder Jahren als langlebig.

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Arten ionisierender Strahlung

Jede Strahlung geht mit der Freisetzung von Energie einher. Wenn beispielsweise menschliches Körpergewebe bestrahlt wird, wird ein Teil der Energie auf die Atome übertragen, aus denen dieses Gewebe besteht.

Wir werden uns die Prozesse der Alpha-, Beta- und Gammastrahlung ansehen. Sie alle entstehen beim Zerfall von Atomkernen radioaktiver Elementisotope.

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Alphastrahlung

Alphateilchen sind positiv geladene Heliumkerne mit hoher Energie.

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Ionisierung von Materie durch ein Alphateilchen

Wenn ein Alphateilchen in unmittelbarer Nähe eines Elektrons vorbeifliegt, zieht es es an und kann es aus seiner normalen Umlaufbahn werfen. Das Atom verliert ein Elektron und wird dadurch zu einem positiv geladenen Ion.

Die Ionisierung eines Atoms erfordert etwa 30–35 eV (Elektronenvolt) Energie. So kann ein Alphateilchen mit beispielsweise 5.000.000 eV Energie zu Beginn seiner Bewegung mehr als 100.000 Ionen erzeugen, bevor es zur Ruhe kommt.

Die Masse der Alphateilchen beträgt etwa das 7.000-fache der Masse eines Elektrons. Die große Masse der Alphateilchen bestimmt die Geradlinigkeit ihres Durchgangs elektronische Muscheln Atome bei der Ionisierung von Materie.

Ein Alphateilchen verliert mit jedem Elektron, das es den Atomen einer Substanz beim Durchgang durch sie entzieht, einen kleinen Teil seiner ursprünglichen Energie. Die kinetische Energie des Alphateilchens und seine Geschwindigkeit nehmen kontinuierlich ab. Wenn die gesamte kinetische Energie verbraucht ist, kommt das α-Teilchen zur Ruhe. Zu diesem Zeitpunkt fängt es zwei Elektronen ein und verliert bei der Umwandlung in ein Heliumatom seine Fähigkeit, Materie zu ionisieren.

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Betastrahlung

Betastrahlung ist der Prozess, bei dem Elektronen direkt aus dem Kern eines Atoms emittiert werden. Ein Elektron im Kern entsteht, wenn ein Neutron in ein Proton und ein Elektron zerfällt. Das Proton verbleibt im Kern, während das Elektron als Betastrahlung emittiert wird.

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Ionisierung von Materie durch ein Betateilchen

Ein B-Teilchen schlägt eines der Orbitalelektronen eines stabilen chemischen Elements aus. Diese beiden Elektronen haben die gleiche elektrische Ladung und Masse. Wenn sich die Elektronen also treffen, stoßen sie sich gegenseitig ab und ändern ihre ursprüngliche Bewegungsrichtung.

Wenn ein Atom ein Elektron verliert, wird es zu einem positiv geladenen Ion.

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Gammastrahlung

Gammastrahlung besteht nicht aus Teilchen wie Alpha- und Betastrahlung. Es ist, genau wie das Licht der Sonne, eine elektromagnetische Welle. Gammastrahlung ist elektromagnetische (Photonen-)Strahlung, die aus Gammaquanten besteht und beim Übergang von Kernen vom angeregten Zustand in den Grundzustand emittiert wird. Kernreaktionen oder Teilchenvernichtung. Diese Strahlung hat eine hohe Durchdringungskraft, da sie eine viel kürzere Wellenlänge als Licht- und Radiowellen hat. Gammastrahlungsenergie kann erreichen große Mengen und die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Gammaquanten ist gleich der Lichtgeschwindigkeit. Gammastrahlung begleitet in der Regel Alpha- und Betastrahlung, da es in der Natur praktisch keine Atome gibt, die nur Gammaquanten emittieren. Gammastrahlung ähnelt Röntgenstrahlung, unterscheidet sich jedoch in der Art ihres Ursprungs, der elektromagnetischen Wellenlänge und der Frequenz.