Halveringstid

Figur 1. Et diagram, der viser en radioaktiv kernes henfald over tid. Den tid, det tager kildens masse eller aktivitet (antallet af henfaldshændelser pr. sekund) at falde til 50 %, er halveringstiden. Halveringstiden i dette billede er 1 år.

Halveringstiden er den tid, det tager for halvdelen af den oprindelige værdi af en vis mængde af et radioaktivt grundstof at henfalde. Desuden er en halveringstid den tid, det tager for aktiviteten af en kilde at falde til halvdelen af dens oprindelige værdi. Termodynamikkens anden lov, især uordenssætningen, kan bruges til at forstå, hvorfor radioaktivt henfald finder sted. Denne sætning siger, at entropien i et lukket system aldrig kan falde, hvilket betyder, at tingene må falde yderligere i uorden, ikke i orden. Denne proces er kendt som “henfald”, og den anden lov hjælper med at afklare, hvorfor stof nedbrydes til en mindre og mindre organiseret tilstand over tid. En del af denne proces omfatter visse typer af atomer, som nedbrydes til nye, forskellige typer af atomer med en vis målbar hastighed, der kaldes radioaktivt henfald.

Alle radioaktive materialer har ustabile atomkerner i sig selv. Derudover er der også nogle kerner i stoffet, der allerede er i deres stabile tilstand, men forholdet mellem stabile og ustabile kerner i en prøve kan variere. De stabile kerner i prøven er uforanderlige (og i en stabil energitilstand), men de ustabile kerner vil gennemgå en eller anden form for kerneforfald over tid for at blive stabile. Dette resulterer i en emission af en eller anden form for stråling. Da halveringstiden er et mål for tid, er halveringstiden en værdi, der bestemmer, hvor lang tid denne reduktion til en mere stabil energitilstand vil tage.

Differente stoffer oplever et tab af deres radioaktivitet hurtigere end andre. Nogle radioaktive grundstoffer kan få halvdelen af deres ustabile kerner til at henfalde på mindre end et sekund. F.eks. har krypton-101 en halveringstid på omkring en ti milliontedel af et sekund. I modsætning hertil har nogle grundstoffer en usædvanlig lang halveringstid og er milliarder af år om at henfalde. Uran-238 har en halveringstid på 4,51 milliarder år. Det betyder, at det ville tage milliarder af år for uran-238 at henfalde til et forhold på halvt uran-238 og halvt thorium-234. Uran-235 (en anden naturligt forekommende isotop af uran) har en kortere halveringstid end uran-238, nemlig kun ~700 millioner år.

Geligning

Der findes en ligning, der ofte bruges til at bestemme, hvor meget af et bestemt radioaktivt stof der er tilbage efter et givet tidsrum. Dette bestemmes ud fra egenskaber som f.eks. stoffets halveringstid, og hvor meget af stoffet der var i begyndelsen. Den anvendte ligning er:

hvor:

• er mængden af stoffet efter at tiden er gået
• er den oprindelige mængde stof
• er den tid, der er gået
• er stoffets halveringstid

Der kan desuden anvendes en lignende ligning til at vise, hvordan stoffets aktivitet aftager over tid. Når dette udtrykkes, har ligningen formen:

hvor:

• er stoffets aktivitet efter at tiden er gået
• er stoffets oprindelige aktivitet
• er den tid, der er gået
• er stoffets halveringstid

Den graf, der er vist i figur 1, er en visuel repræsentation af disse ligninger ovenfor. Det er vigtigt at bemærke, at uanset den faktiske længde af halveringstiden (uanset om den er millioner af år eller et par nanosekunder) vil grafernes form være den samme.

Kendskab til halveringstider er en del af den måde, hvorpå geologer daterer bjergarter med radioisotopisk datering.