На відміну від, скажімо, світла, радіоактивність не фіксується нашими органами чуття. Тож, коли кінорежисер або письменник хоче продемонструвати, що приміщення радіоактивно забруднене, він показує людину з приладом, який видає характерні звуки. А чи є певні закономірності в інтенсивності цих звуків? Почнемо розбиратися.
Що таке період піврозпаду
Уявіть собі певну кількість радіоактивної речовини. Це може бути, наприклад, шматок солі урану або газ радон, поміщений у скляну колбу. Певними приладами можна зафіксувати, що даний об’єкт є радіоактивним. А чи можна дізнатися, яке саме, ядро в речовині, що ми розглядаємо, розпадеться першим? А яке ядро виявиться «довгожителем» і розпадеться останнім? На жаль, дізнатися про це неможливо: розпад того чи іншого ядра радіонукліда — подія випадкова. Водночас поведінка радіоактивної речовини загалом підлягає чітко визначеній закономірності. Якщо взяти закриту скляну колбу, що містить певну кількість радону, виявиться, що приблизно за 57 с кількість радону в колбі зменшиться вдвічі.
Ще через 57 с із решти залишиться теж половина і т. д. Тому природно, що інтервал часу 57 с був названий періодом піврозпаду Радону.
Сталі радіоактивного розпаду деяких радіонуклідів
Період піврозпаду — це фізична величина, що дорівнює часу, протягом якого розпадається половина наявної кількості ядер певного радіонукліда.
Для характеристики радіоактивного розпаду частіше використовують величину, яку називають сталою радіоактивного розпаду радіонукліда (див. таблицю) і позначають символом λ. Стала радіоактивного розпаду пов’язана з періодом піврозпаду
співвідношенням:
Як пов'язана стала піврозпаду з інтенсивністю радіоактивного випромінювання певного зразка
Із практичної точки зору важливою характеристикою процесу радіоактивного розпаду є швидкість, із якою розпадається той чи інший радіонуклід.
Фізичну величину, яка чисельно дорівнює кількості розпадів, що відбуваються в певному радіонуклідному зразку за одиницю часу, називають активністю радіонуклідного зразка.
Активність радіонуклідного зразка позначають символом А. Оди ниця активності в СІ — бекерель (Бк). 1 Бк — це активність такого зразка, в якому за 1с відбувається 1 акт розпаду. Але 1 Бк — це дуже мала активність, тому використовують позасистемну одиницю активності — кюрі (Кі): 1 Кі = 3,7 ІО10 Бк.
Якщо на певний момент часу в зразку міститься деяка кількість N атомів радіонукліда, то активність А цього радіонуклідного зразка можна обчислити за формулою:
де
стала радіоактивного розпаду радіонукліда.
Учимося розв'язувати задачі
Задача. Визначте масу Радію-226, що міститься в радіонуклідному зразку, якщо активність Радію становить 5 Кі.
Аналіз фізичної проблеми, пошук математичної моделі. Для розв’язання задачі скористаємося формулою активності радіонуклідного зразка:
Сталу радіоактивного розпаду
знайдемо в таблиці. Знаючи активність зразка, визначимо кількість N атомів Радію, що містяться в радіонуклідному зразку.
Як відомо з курсу хімії,
кількість речовини, Na — число Авогадро.
Визначивши кількість речовини та скориставшись формулою
де М — молярна маса Радію, знайдемо масу т Радію. Розв’язання. Активність зразка дорівнює:
Оскільки
Підставимо вираз
для N у формулу активності:
Визначимо значення шуканої величини:
Відповідь: у радіоактивному зразку міститься 5,07 г Радію-226.
Отримання та застосування радіонуклідів
Радіоактивні ізотопи можна одержати в результаті опромінювання речовини частинками високих енергій (електронами, протонами, нейтронами). Одержані штучні матеріали широко застосовують у медичних дослідженнях як індикатори. Річ у тім, що організм людини має властивість збирати у своїх тканинах певні хімічні речовини,— наприклад, щитовидна залоза накопичує у своїй тканині йод. Його радіоактивний ізотоп своїм більш інтенсивним за норму випромінюванням повідомить лікареві про хворобу пацієнта. Інші радіоактивні ізотопи (наприклад, Со60) використовують як джерела вторинного випромінювання для стерилізації. Доволі докладно це питання ви вивчали в курсі фізики 9-го класу.
Підбиваємо підсумки
Період піврозпаду — це фізична величина, що дорівнює часу, протягом якого розпадається половина наявної кількості ядер певного радіонукліда.
Активність радіонуклідного зразка — фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості розпадів, що відбуваються в певному радіонуклідному зразку за одиницю часу: Α = λΝ, де N — кількість атомів радіонукліда в зразку на певний момент часу; λ — стала радіоактивного розпаду радіонукліда.
Контрольні запитання
1. Що таке період піврозпаду? Як він пов'язаний зі сталою розпаду? 2. Що таке активність радіонуклідного зразка? 3. У яких одиницях вимірюють активність?
Вправа №41
1. Період піврозпаду Цезію-137 становить ЗО років. Скільки відсотків атомів цього ізотопу розпадається за 240 років?
2. Визначте (у тис. років) вік залишків стародавнього поселення, якщо в деревині, знайденій на місці розкопок, залишилося 25 % радіоактивного Карбону
від його початкової кількості. Період піврозпаду радіоактивного
Карбону
становить 5700 років.
3. Період піврозпаду ізотопу Радію
становить 1600 років. Скільки ядер
ізотопу розпадеться за 3200 років, якщо початкова кількість радіоактивних
ядер
4. В організмі людини вміст калію становить приблизно 0,19 % від її маси. Радіоактивний ізотоп
у природній суміші ізотопів становить 0,012 %, період його піврозпаду — 1,24 млрд років. Скільки ядер ізотопу Калію
розпадається за 1 с у тканинах організму людини, якщо її маса становить 50 кг?
Це матеріал з підручника Фізика 11 клас Бар'яхтар