Półokres rozpadu to czas potrzebny do rozpadu połowy pierwotnej wartości pewnej ilości pierwiastka promieniotwórczego. Dodatkowo, jeden czas połowicznego zaniku to czas, jaki jest potrzebny, aby aktywność źródła spadła do połowy swojej pierwotnej wartości. Drugie prawo termodynamiki, w szczególności twierdzenie o nieporządku, może być użyte do zrozumienia, dlaczego dochodzi do rozpadu promieniotwórczego. Stwierdzenie to mówi, że entropia systemu zamkniętego nigdy nie może się zmniejszyć, co oznacza, że rzeczy muszą dalej popadać w nieład, a nie w porządek. Proces ten znany jest jako „rozpad”, a drugie prawo pomaga wyjaśnić, dlaczego materia rozpada się na coraz mniej uporządkowany stan w czasie. Część tego procesu obejmuje pewne rodzaje atomów, które rozpadają się na nowe, różne rodzaje atomów w pewnym wymiernym tempie znanym jako rozpad promieniotwórczy.
Wszystkie materiały radioaktywne mają niestabilne jądra w nich. Dodatkowo, w substancji znajdują się również jądra, które są już w stanie stabilnym, ale proporcja jąder stabilnych do niestabilnych w próbce może być różna. Jądra stabilne w próbce są niezmienne (i znajdują się w stabilnym stanie energetycznym), natomiast jądra niestabilne z czasem ulegną jakiemuś rozpadowi jądrowemu i staną się stabilne. Powoduje to emisję pewnej formy promieniowania. Ponieważ okres półtrwania jest miarą czasu, okres półtrwania jest wartością, która określa, jak długo potrwa ta redukcja do bardziej stabilnego stanu energetycznego.
Różne substancje doświadczają utraty swojej radioaktywności szybciej niż inne. Niektóre pierwiastki promieniotwórcze mogą mieć połowę swoich niestabilnych jąder rozpadających się w czasie krótszym niż jedna sekunda. Na przykład, krypton-101 ma czas połowicznego rozpadu około dziesięciomilionowej części sekundy. Z kolei niektóre pierwiastki mają niezwykle długi okres połowicznego rozpadu i potrzebują miliardów lat, aby się rozłożyć. Czas połowicznego rozpadu uranu-238 wynosi 4,51 miliarda lat. Oznacza to, że potrzeba miliardów lat, aby uran-238 rozpadł się w proporcji: połowa uranu-238 i połowa toru-234. Uran-235 (inny naturalnie występujący izotop uranu) ma krótszy okres półtrwania niż uran-238, to jest tylko ~700 milionów lat.
Równanie
Istnieje równanie, które jest często używane do określenia, ile z pewnej substancji promieniotwórczej pozostaje po upływie danego czasu. Określa się to na podstawie takich właściwości jak czas połowicznego zaniku substancji i ile tej substancji było na początku. Stosuje się następujące równanie:
gdzie:
- to ilość substancji po upływie czasu
- to początkowa ilość substancji
- to ilość czasu, który upłynął
- to okres półtrwania substancji
Dodatkowo podobne równanie można zastosować do pokazania, jak aktywność substancji maleje z upływem czasu. W tym przypadku równanie ma postać:
gdzie:
- jest aktywnością substancji po upływie czasu
- jest aktywnością początkową substancji
- jest ilością czasu, który upłynął
- jest okresem półtrwania substancji
Wykres przedstawiony na rysunku 1 jest wizualną reprezentacją powyższych równań. Ważne jest, aby zauważyć, że niezależnie od rzeczywistej długości okresu połowicznego rozpadu (czy są to miliony lat czy kilka nanosekund) kształt wykresu będzie taki sam.
Znajomość okresów połowicznego rozpadu jest częścią tego, jak geolodzy datują skały za pomocą datowania radioizotopowego.
- Created internally by a member of the Energy Education team
- 2.0 2.1 2.2 GCSE Physics. (23 lipca 2015). Half Life . Dostępne: http://www.gcsescience.com/prad16-half-life.htm
- HyperPhysics. (July 23, 2015). Radioactive Half-Life . Dostępne; http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nuclear/halfli.html
- 4.0 4.1 4.2 Wykres nuklidów. (July 24, 2015). Half-Life . Dostępne; http://www.nndc.bnl.gov/chart/reCenter.jsp?z=92&n=143
.