Felezési idő

1. ábra. A radioaktív atommag időbeli bomlását bemutató ábra. Az az idő, amely alatt a forrás tömege vagy aktivitása (a másodpercenkénti bomlási események száma) az 50%-os értékre csökken, a felezési idő. A képen látható felezési idő 1 év.

A féléletidő az az idő, amely alatt egy radioaktív elem bizonyos mennyiségének eredeti értékének fele bomlik el. Továbbá egy felezési idő az az idő, amely alatt egy forrás aktivitása az eredeti érték felére csökken. A termodinamika második törvénye, különösen a rendezetlenségi tétel segíthet megérteni, hogy miért következik be a radioaktív bomlás. Ez a tétel azt mondja ki, hogy egy zárt rendszer entrópiája soha nem csökkenhet, ami azt jelenti, hogy a dolgoknak egyre inkább rendezetlenebbé kell válniuk, nem pedig rendezetté. Ezt a folyamatot “bomlásnak” nevezik, és a második törvény segít tisztázni, hogy miért bomlik az anyag idővel egyre kevésbé szervezett állapotba, ez . Ennek a folyamatnak részei bizonyos típusú atomok, amelyek bizonyos mérhető sebességgel, úgynevezett radioaktív bomlással új, más típusú atomokra bomlanak.

Minden radioaktív anyagban instabil atommagok vannak. Emellett vannak olyan atommagok is az anyagban, amelyek már stabil állapotban vannak, de a stabil és instabil atommagok aránya egy mintában változhat. A mintában lévő stabil atommagok változatlanok (és stabil energetikai állapotban vannak), de az instabil atommagok idővel valamilyen magbomláson mennek keresztül, hogy stabilakká váljanak. Ez valamilyen sugárzás kibocsátását eredményezi. Mivel a felezési idő az idő mértéke, a felezési idő egy olyan érték, amely meghatározza, hogy ez a stabilabb energiaállapotba való redukció mennyi ideig tart.

A különböző anyagok radioaktivitásának elvesztése gyorsabban megy végbe, mint másoké. Egyes radioaktív elemek instabil atommagjainak fele egy másodpercnél rövidebb idő alatt is elbomolhat. Például a kripton-101 felezési ideje körülbelül a másodperc tízmilliomod része. Ezzel szemben néhány elemnek rendkívül hosszú a felezési ideje, és több milliárd évbe telik a bomlásuk. Az urán-238 felezési ideje 4,51 milliárd év. Ez azt jelenti, hogy az urán-238 bomlásához több milliárd évre lenne szükség, hogy félig urán-238 és félig tórium-234 arányúvá váljon. Az urán-235-nek (az urán egy másik természetesen előforduló izotópjának) rövidebb a felezési ideje, mint az urán-238-nak, ez csak ~700 millió év.

Egyenlet

Van egy egyenlet, amelyet gyakran használnak annak meghatározására, hogy egy adott radioaktív anyagból mennyi marad egy adott idő elteltével. Ezt olyan tulajdonságokból határozzák meg, mint például az anyag felezési ideje, és hogy eredetileg mennyi volt az anyagból. A használt egyenlet:

amelyben:

• az anyag mennyisége az eltelt idő után
• az anyag kezdeti mennyisége
• az eltelt idő
• az anyag felezési ideje

Egy hasonló egyenlet használható annak kimutatására is, hogy az anyag aktivitása hogyan csökken az idő múlásával. Ennek kifejezésekor az egyenlet a következő formát ölti:

amelyben:

• az anyag aktivitása az eltelt idő után
• az anyag kezdeti aktivitása
• az eltelt idő
• az anyag felezési ideje

A fenti egyenletek vizuális ábrázolása az 1. ábrán látható grafikon. Fontos megjegyezni, hogy a felezési idő tényleges hosszától függetlenül (akár több millió évről, akár néhány nanoszekundumról van szó) a grafikon alakja ugyanaz lesz.

A felezési idő ismerete része annak, hogy a geológusok hogyan datálják a kőzeteket radioizotópos kormeghatározással.