Forholdet mellom radioaktivt forfall og halveringstid

Det er visse naturlig forekommende isotoper som er ustabile på grunn av det ubalanserte antall protoner og nøytroner de har i sin atomkjerne. Derfor, for å bli stabil, gjennomgår disse isotoper en spontan prosess som kalles radioaktivt henfall. Det radioaktive forfallet forårsaker at en isotop av et bestemt element som skal omdannes til en isotop av et annet element. Det endelige produktet av radioaktivt henfall er imidlertid alltid stabilt enn den første isotopen. Det radioaktive henfallet av et bestemt stoff måles med et spesielt begrep som kalles halveringstid. Tiden som et stoff inntar for å bli halvparten av sin opprinnelige masse gjennom radioaktivt henfall, måles som halveringstiden for stoffet. Dette er forholdet mellom radioaktivt henfall og halveringstid.

Nøkkelområder dekket

1. Hva er radioaktivt henfall
      - Definisjon, Mekanismer, Eksempler
2. Hva er Half Life
      - Definisjon, Forklaring med eksempler
3. Hva er forholdet mellom radioaktivt forfall og halveringstid?
      - Radioaktivt forfall og halveringstid

Nøkkelbetingelser: Halvliv, isotoper, nøytroner, protoner, radioaktivt forfall

Hva er radioaktivt henfall

Radioaktivt henfall er prosessen der ustabile isotoper gjennomgår forfall gjennom utstråling av stråling. Ustabile isotoper er atomer som har ustabile kjerne. Et atom kan bli ustabilt på grunn av flere grunner som tilstedeværelsen av et høyt antall protoner i kjernen eller et høyt antall nøytroner i kjernene. Disse kjernene gjennomgår radioaktivt henfall for å bli stabil.

Hvis det er for mange protoner og for mange nøytroner, er atomer tungt. Disse tunge atomene er ustabile. Derfor kan disse atomer gjennomgå radioaktivt henfall. Andre atomer kan også gjennomgå radioaktivt henfall i henhold til deres nøytron: protonforhold. Hvis dette forholdet er for høyt, er det nøytronrikt og ustabilt. Hvis forholdet er for lavt, så er det protonrikt atom og ustabilt. Det radioaktive forfallet av stoffer kan forekomme på tre hovedveier.

Alfa Utslipp / Forfall
Beta Utslipp / Forfall
Gamma Emisjon / forfall

Alpha Emisjon

En alfapartikkel er identisk med et heliumatom. Den består av 2 protoner og 2 nøytroner. Alfa partikkel bærer en +2 elektrisk ladning fordi det ikke er elektroner for å nøytralisere de positive ladningene på 2 protoner. Alfa forfall forårsaker isotoper å miste 2 protoner og 2 nøytroner. Derfor reduseres atomnummeret til en radioaktiv isotop med 2 enheter og atommassen fra 4 enheter. Sterke elementer som uran kan gjennomgå alfa-utslipp.

Beta Utslipp

Ved beta-utslipp (β) blir en beta-partikkel utsendt. Ifølge den elektriske ladningen til beta-partikkelen kan den enten være en positivt ladet beta-partikkel eller en negativt ladet beta-partikkel. Hvis det er β^- utslipp, så er emittert partikkel et elektron. Hvis det er β + utslipp, så er partikkelen positiv. En positron er en partikkel som har de samme egenskapene som et elektron, bortsett fra dets ladning. Ladningen av positronen er positiv, mens ladningen av elektronen er negativ. I beta-utslipp konverteres et nøytron til en proton og et elektron (eller en positron). Derfor vil atommassen ikke bli endret, men atomnummeret økes med en enhet.

Gamma Emisjon

Gamma-stråling er ikke partikkelformig. Derfor forandrer ikke gamma-utslippene atom atom eller atommasse av et atom. Gamma stråling består av fotoner. Disse fotonene bærer bare energi. Derfor forårsaker gamma-utslipp isotoper å frigjøre sin energi.

Figur 1: Radioaktivt forfall av uran-235

Uran-235 er et radioaktivt element som finnes naturlig. Det kan gjennomgå alle tre typer radioaktivt henfall under forskjellige forhold.

Hva er Half Life

Halveringstiden for et stoff er tiden som er tatt av stoffet for å bli halvparten av sin opprinnelige masse eller konsentrasjon gjennom radioaktivt henfall. Denne termen er gitt symbolet t_1/2. Begrepet halveringstid brukes fordi det ikke er mulig å forutsi når et enkelt atom kan forfalle. Men det er mulig å måle tiden som er tatt til halve kjernen til et radioaktivt element.

Halveringstiden kan være måling med hensyn til enten antall kjerner eller konsentrasjonen. Ulike isotoper har forskjellige halveringstider. Derfor kan vi ved å måle halveringstiden forutsi tilstedeværelsen eller fraværet av en bestemt isotop. Halveringstiden er uavhengig av stoffets fysiske tilstand, temperatur, trykk eller annen utvendig påvirkning.

Halveringstiden for et stoff kan bestemmes ved å bruke følgende ligning.

ln(N_t / N_o) = Kt

hvor,

N_t er stoffets masse etter t tid

N_o er den opprinnelige massen av stoffet

K er forfallskonstanten

t er tiden som vurderes

Figur 02: En kurve av
Radioaktivt forfall

Ovennevnte bilde viser en kurve for radioaktivt henfall for et stoff. Tiden er målt i år. Ifølge den grafen er stoffets tid til å bli 50% fra innledende masse (100%) et år. 100% blir 25% (en fjerdedel av innledende masse) etter to år. Derfor er halveringstiden for stoffet ett år.

100% → 50% → 25% → 12,5% → → →

(1^st halvt liv 2^nd halveringstid) (3^rd halvt liv)

Ovenstående diagram har oppsummert detaljene gitt fra grafen.

Forholdet mellom radioaktivt forfall og halveringstid

Det er et direkte forhold mellom radioaktivt henfall og halveringstid for et radioaktivt stoff. Graden av radioaktivt henfall måles i halveringstidsekvivalenter. Fra ovenstående ligning kan vi utlede en annen viktig ligning for beregning av frekvensen av radioaktivt henfall.

ln (N_t / N_o) = Kt

siden massen (eller antall kjerner) er halvparten av den opprinnelige verdien etter en halv levetid,

N_t = N_o/ 2

Deretter,

ln (N-_o/ 2 / N_o) = Kt_1/2

ln (1/2 / 1) = kt_1/2

ln (2) = kt_1/2

Derfor,

t_1/2 = Ln2 / k

Verdien av ln2 er 0.693. Deretter,

t_1/2 = 0,693 / k

Her t_1/2 er halveringstiden til et stoff og k er den radioaktive forfallskonstanten. Det ovennevnte uttrykket forteller at høyt radioaktive stoffer blir brukt raskt, og de svakt radioaktive stoffene tar lengre tid å nedbryte helt. Derfor indikerer et langt halveringstid et raskt radioaktivt henfall mens et kort halveringstid indikerer en sakte radioaktiv dag. Halveringstiden til enkelte stoffer kan ikke fastslås, da det kan ta millioner av år å gjennomgå radioaktivt henfall.

Konklusjon

Radioaktivt henfall er prosessen der ustabile isotoper gjennomgår forfall gjennom utstråling av stråling. Det er et direkte forhold mellom radioaktivt forfall av et stoff og halveringstid siden hastigheten av det radioaktive forfallet måles med ekvivalenter av halveringstid.

referanser:

1. "Halvlivet av radioaktivt forfall - Boundless Open Textbook." Boundless. 26. mai 2016. Web. Tilgjengelig her. 01. Aug. 2017.
2. "Prosessen med naturlig radioaktivt forfall." Dummies. N.p., n.d. Web. Tilgjengelig her. 01. Aug. 2017.

Bilde Courtesy:

1. "Radioaktivt henfall" Av Kurt Rosenkrantz fra PDF. (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

Vitenskap