Strona głównaPytania → Jak wyznaczyć okres połowicznego rozpadu?

Jak wyznaczyć okres połowicznego rozpadu?

Pytanie

Pyta Oskar

1. Czy możemy empirycznie ustalić okres połowicznego rozpadu pierwiastka promieniotwórczego, czy jest to możliwe tylko i wyłącznie w oparciu o badania emisji cząstek elementarnych lub energii przez detektory?
2. Czy uzyskując w akceleratorze nowy pierwiastek w stanie wzbudzonym, którego rozpad nastąpi w ułamku chwili w ilości jednego atomu, może przyjąć połowę czasu do rozpadu jako ogólną wartość dla wszystkich następnych atomów o tej samej masie atomowej?

Odpowiedź

Odpowiada Krzysztof Miernik

ad 1. Empiryczne (doświadczalne) metody ustalania okresu połowicznego rozpadu promieniotwórczego izotopu danego pierwiastka zwykle oparte są o detekcję cząstek (alfa, beta, gamma) emitowanych podczas rozpadu. Ale są też inne metody. Można np. mierzyć liczbę atomów w próbce i badać jej zmianę w czasie. Można też zliczać atomy powstające w wyniku przemiany promieniotwórczej. W ten sposób wyznaczono w przeszłości czas połowicznego zaniku Pu-239 mierząc metodami chemicznymi ilość U-235, który powstaje w wyniku emisji cząstki alfa przez Pu-239. Zliczanie pojedynczych atomów jest możliwe przy pomocy urządzeń takich jak spektrometr masowy, pierścień akumulacyjny, czy pułapka jonowa.

ad 2. Okres połowicznego zaniku można wyznaczyć na podstawie obserwacji rozpadu nawet tylko jednego atomu, ale wtedy uzyskany wynik będzie obarczony dużą niepewnością (dużym błędem statystycznym). Czas między wytworzeniem atomu a jego rozpadem, można interpretować jako tzw. średni czas życia (oznaczany zwykle grecką literą $\tau$). Okres połowicznego zaniku obliczymy mnożąc średni czas życia przez logarytm naturalny z dwóch: $T_{1/2}=\tau\cdot \textrm{ln}\,  2$. W ten sposób wyznaczono np. okres połowicznego zaniku superciężkiego pierwiastka o liczbie atomowej 117 (obecnie rozpatrywana nazwa dla tego pierwiastka to tennessin). Większą dokładność pomiaru uzyskuje się w przypadku obserwacji większej liczby rozpadów — wtedy $\tau$ jest po prostu wartością średnią zmierzonych czasów rozpadu. Dokładność będzie tym większa, im więcej przypadków zarejestrujemy.