Ραδιενέργεια Ρυθμός διάσπασης – Χρόνος ημιζωής

1. Ραδιενέργεια Ρυθμός διάσπασης – Χρόνος ημιζωής Στα πλαίσια του Προγράμματος της Ραδιενέργειας Περιβάλλοντος: Fukushima – Αθήνα: Το μπουφάν της δεσποινίδας Aimi Σχολικό Έτος: 2013-14 Ποτηριάδου Ευγενία Φυσικός

2. Ραδιενέργεια Ρυθμός διάσπασης – Χρόνος ημιζωής

3. Στόχοι: Να περιγράφετε το «ρυθμό διάσπασης» ενός σωματιδίου. Να περιγράφετε το χρόνο ημιζωής και να τον συσχετίζετε με το ρυθμό διάσπασης. Να υπολογίζετε τον αριθμό αδιάσπαστων πυρήνων σε μια ραδιενεργή διάσπαση. Να αναφέρετε το νόμο ραδιενεργής διάσπασης. Να ερμηνεύετε στατιστικά το νόμο ραδιενεργής διάσπασης.

4. Ρυθμός διάσπασης • Έχουμε μάθει τα είδη των σωματιδίων που εκπέμπονται κατά τη διάσπαση ενός ισοτόπου. Μας ενδιαφέρει, επίσης, το πόσο συχνά ένα άτομο εκπέμπει την ακτινοβολία αυτή. • Αξίζει να παρατηρήσουμε στο σημείο αυτό ότι δεν μπορούμε να προβλέψουμε πότε θα διασπαστεί ένας συγκεκριμένος πυρήνας. • Μπορούμε να γνωρίζουμε όμως, εάν είχαμε ένα μεγάλο δείγμα ραδιενεργής ουσίας, τον αριθμό διασπάσεων μετά από κάποιο χρονικό διάστημα. • Μερικές ραδιενεργές ουσίες έχουν πολύ μεγάλο «ρυθμό διάσπασης», ενώ άλλες έχουν πολύ μικρό ρυθμό διάσπασης. • Για να ξεχωρίσουμε διαφορετικές ραδιενεργές ουσίες, αναζητούμε τρόπο για να ποσοτικοποιήσουμε την ιδέα αυτή της «ραδιενεργού διάσπασης».

5. Χρόνος ημιζωής • Ο χρόνος ημιζωής είναι ο χρόνος που χρειάζεται ώστε να διασπαστεί ο μισός αριθμός ατόμων μιας ραδιενεργού ουσίας. • Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι έχουμε 20.000 άτομα μιας ραδιενεργού ουσίας. Εάν ο χρόνος ημιζωής είναι 1 ώρα, ο αριθμός των ατόμων που απομένουν στους ακόλουθους χρόνους, φαίνονται στον πίνακα:

6. Χρόνος ημιζωής (τ) • Ο χρόνος ημιζωήςενός σωματιδίου είναι ένας άλλος τρόπος ορισμού του ρυθμού διάσπασης. • Εκφράζει το πόσο γρήγορα διασπάται η ουσία… • Συμβολίζεται συνήθως με « τ » και είναι ίσος απλά με (1,44 x χρόνο). •  Ο χρόνος ημιζωής ενός «ελεύθερου» νετρονίου είναι 14,7 λεπτά • {τ (νετρονίου) = 14,7 λεπτά} • Ας τον χρησιμοποιήσουμε και ας αισθανθούμε πιο άνετα μαζί του…

7. Χρόνος ημιζωής (τ) • Ο χρόνος ημιζωής ενός ελεύθερου νετρονίου είναι 14,7 λεπτά • Εάν έχω 1000 ελεύθερα νετρόνια μέσα σε ένα κουτί, κάποια από αυτά θα διασπαστούν μετά από 14,7 min. • Ο αριθμός που απομένει (των αδιάσπαστων νετρονίων) μετά από κάποιο χρονικό διάστημα δίνεται από το νόμο ραδιενεργής διάσπασης : N0 = ο αρχικός αριθμός σωματιδίωντ = ο χρόνος ημιζωής του σωματιδίου Αυτός είναι ο«εκθετικός αριθμός». Ισούταιμε 2,718 και είναι ένας πολύ χρήσιμος αριθμός. Μπορείτε να τον βρείτε στο κομπιουτεράκι σας;

8. Χρόνος ημιζωής (τ) Μπορούμε να βρούμε από τη σχέση: Το κλάσματων σωματιδίων πουδε διασπάται: N / N0 = e-t/t Μετά από 4-5 χρόνους ημιζωής, διασπώνται σχεδόν όλα τα ασταθή σωματίδια!

9. Χρόνος ημιζωής (τ) • Δεν έχουν όλα τα σωματίδια τον ίδιο χρόνο ημιζωής. • Το U-238 έχει χρόνο ημιζωής περίπου 6 δισεκατομμύρια (6x109) χρόνια ! • Μερικά υποατομικά σωματίδια έχουν χρόνους ημιζωής που είναι μικρότεροι από 1x10-12 sec! • Από ένα σύνολο ασταθών σωματιδίων, δεν μπορούμε να πούμε πιο από όλα θα διασπαστεί. • Η διάσπαση είναι μια στατιστικλη διαδικασία. Δηλαδή, μπορούμε είτε να μιλάμε για, • 1) το χρόνο ημιζωής μιας ραδιενεργού ουσίας, ή • 2) την πιθανότητα να διασπαστεί ένα συγκεκριμένο σωματίδιο.

10. Χρόνος ημιζωής (τ)  Μέσα σε ένα σύνολο από ένα είδος σωματιδίων, κάποια θα διασπαστούν μέσα σε ένα χρόνο ημιζωής(1t), κάποια σε 2t, κάποια σε 3t, κ.λπ.… Είναι ΛΑΘΟΣ να πούμε «Το σωματίδιο τάδε θα διασπαστεί σε t =22 min ».  Αυτό που μπορούμε να πούμε είναι:  Μετά από 1 χρόνο ημιζωής, θα έχει μείνει το (37%) Μετά από 2 χρόνους ημιζωής, θα έχει μείνει το (14%) Μετά από 3 χρόνους ημιζωής, θα έχει μείνει το (5%) Μετά από 4 χρόνους ημιζωής, θα έχει μείνει το (2%), κ.λπ.

11. Χρόνος ημιζωής (τ) • Εάν ο χρόνος ημιζωής του σωματιδίου είναι πολύ μικρός, τα σωματίδια διασπώνται πολύ γρήγορα. • Όταν πρόκειται για υποατομικά σωματίδια, οι χρόνοι ημιζωής είναι μόλις ένα κλάσμα του δευτερολέπτου ! • Εάν ο χρόνος ημιζωής είναι μεγάλος (όπως του 238U ), το στοιχείο θα υπάρχει για πάρα πολύ μεγάλο χρόνο !

12. Χρόνος ημιζωής (τ) Και εάν έχουμε μόνο ένα σωματίδιο; Τι μπορούμε να πούμε γι αυτό; Πιθανότητα να μείνει αδιάσπαστο =N / N0 = e-t/t Πιθανότητα διάσπασης = 1.0 – (Πιθανότητα να μείνει αδιάσπαστο )

13. Περίληψη • Κάποια σωματίδια είναι ραδιενεργά και διασπώνται. • Η ακτινοβολία σε μια πυρηνική διάσπαση αποτελείται από σωματίδια α, β και γ. • Ο ρυθμός διάσπασης δίνεται από το νόμο ραδιενεργής διάσπασης: • Πιθανότητα να μείνει αδιάσπαστο = (N/N0)e-t/t • Μετά από 5 χρόνους ημιζωής έχει διασπαστεί πάνω από το 99% των αρχικών σωματιδίων • Μερικά στοιχεία έχουν χρόνους ημιζωής~ δισεκατομμύρια χρόνια. • Τα υποατομικά σωματίδια έχουν συνήθως χρόνους ημιζωής ίσους με κλάσματα του δευτερολέπτου.

14. Τέλος