Период полураспада радиоактивного изотопа: формула в физике, алгоритм скорости

Семейная пара французских физиков Ирен и Фредерик Кюри в 1930-х годах проводили эксперименты с облучением изотопов α-частичками. Они сделали несколько открытий. Первое – радиоактивные изотопы возможно получить для всех химических элементов, второе – расщепление всех ядер подчиняется единому закону радиоактивного полураспада. Рассмотрим, что такое период полураспада в физике, ознакомимся с формулой, описывающей процесс. 

Закон или период полураспада изотопа: это что, в чём измеряется

Супружеская пара Кюри в 1934 г. при облучении ядер изотопа алюминия (Al) наблюдала, как он превращается в изотоп фосфора (P) с испусканием свободных нейтронов. Образованный искусственным путём (не встречающийся в природе) изотоп P также обладал радиоактивностью. Он расщепляется с излучением позитрона. Последний образуется вследствие трансформации протона в нейтрон. Энергетическое обеспечение процесса гарантируют другие нейтроны либо протоны атомного ядра.

Продолжив эксперименты с бомбардировкой стабильных изотопов супруги продемонстрировали, что изотопы возможно получить для любого химического элемента. Также наблюдая распад ядер множества веществ, учёные заметили закономерность – трансформация множества ядер радиоактивного изотопа подчиняется общему для всех закону. В математической форме записывается следующим выражением:

N = N₀2^-t/T, здесь:

• N₀ – начальное число радиоактивных ядер в момент времени t – принимается за ноль: t = 0.
• N – число ядер, которые не расщепились до момента времени t.
• T – константа, зависит от типа расщепления химического элемента – период полураспада.  Показывает, спустя какое время с момента образования радиоактивных изотопов их количество снижается в 2 раза.

Периодом полураспада радиоактивных изотопов называют временной промежуток, на протяжении которого успевает расщепиться половина ядер химического элемента.

Связь постоянной распада с периодом полураспада: формула

Время полураспада T_1/2 – постоянная, константа, отличающаяся для расщепления конкретного ядра. Она даёт понятие об интенсивности расщепления радиоактивных изотопов. Она взаимосвязана с иными константами: время существования нестабильного атома и вероятность ядерного расщепления за время λ. Описывается уравнением: 

Время полураспада колеблется от долей секунды до десятков тысячелетий, в том числе для разных изотопов одного химического элемента. Например, хлор с массовым числом 38 теряет половину ядер за 38 минут, для более лёгкого ядра с массой 36 это время составляет ~300000 лет.

В чем измеряется период полураспада зависит от порядка значения. Это доли секунды или миллиарды лет:

• H-7 – 10^-24 c.
• Te-128 – 10²⁴ лет.

Практически для всех изотопов одного элемента полураспад происходит за одинаковое время за исключением случаев, когда опыты ставились над полностью очищенным веществом. Открытый Кюри закон применяется для оценки геологического возраста минералов.