Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. На прошлой лекции мы с вами говорили об альфа распаде, о бета распаде. При этих процессах ядра одного химического элемента превращаются в ядра другого химического элемента. Стало быть тех материнских ядер, которые были и которых становится меньше с течением времени - они распадаются и вот о математических закономерностях этого процесса мы и поговорим на этой лекции.
И так...по мере распада количество ядер данного нуклида, т.е радиоактивных ядер уменьшается. И для того, чтобы охарактеризовать количественно с какой скоростью, быстротой, в каком темпе происходит радиоактивный распад физики ввели величину, которая называется период полураспада. Давайте дадим этому определение, а потом попробуем промоделировать процесс радиоактивного распада. И так определение...
Период полураспада (T) - называется время в течении которого количество ядер данного радио нуклида уменьшается вдвое.
И так мы узнали в каких широких пределах варьируются периоды полураспада некоторых радионуклидов, а теперь возникает вот какой вопрос: допустим, что у нас есть два ядра, например, того же радона и можно ли утверждать, то что через минуту останется одно ядро? Нет, не можем. Дело в том, что процесс радиоактивного распада - это случайный процесс. Это не закономерный процесс - это что-то вроде несчастного случая, который произошел с ядром. Поэтому какое бы мы ядро не взяли, или урана или радона мы не можем гарантировать что в течении минуты оно распадется или не распадется. Может быть и такой и такой результат, потому что процесс радио распада статистически случайный. Давайте мы сейчас промоделируем процесс радио активного распада с помощью средств статистики.
А теперь давайте построим график зависимости тех данных, которые у нас получились в опыте.
И давайте немного проанализируем, полученные результаты. Если, бы, например, взяли бы не 128 монеток, а 128 миллионов монеток, то округляя мы получили в первой строчке 64 миллиона и далее 32, 16 миллиона и т.д. Чем больше мы взяли бы монеток, тем точнее было бы каждое последующее значение и меньше в два раза, чем предыдущее. А, например, сколько атомов в куске мела? Порядка 10^23 штук, соответственно столько же и ядер. И когда у нас такое огромное количество ядер, то закон, который мы вывели графически выполняется очень даже точно. И давайте попробуем описать количественно, то что у нас сейчас в виде графика.
И так мы вывели формулу закона радиоактивного распада, а теперь давайте немного преобразуем тот график, который мы получили выше.
А теперь давайте ответим на такой вопрос: если у нас имеются два разных радио нуклида, количество ядер у которых одинаковое. Допустим, что в обоих радио нуклидах по 100 млрд. ядер, первый радио нуклид типа что-нибудь урана, а второй радио нуклид, например, радон. Периоды полураспада у радона - 1 минута, а у урана - 4,5 млрд. лет, но еще раз повторим, что при этом одинаковое количество ядер. Какое из этих двух веществ будет более радио активным? Уран или радон? Радон, потому что его ядра распадаются быстрее и их больше вылетает из образца в единицу времени.
Активность радионуклидного образца - это физическая величина, равная количеству актов распада, происходящих в данном образце за единицу времени.
А теперь давайте возьмем в качестве радио нуклидных образцов, два кусочка мела из одинаковых веществ. Как вы думаете у какого из образцов активность больше? Конечно, у того кусочка мела, который сам больше. И если мы больший кусочек разломим на два кусочка, то его активность возрастет в два раза.
А теперь давайте зададим себе следующий вопрос: как вы думаете, если период полураспада какого-то ядра в два раза меньше, то что можно сказать о постоянной радиоактивного распада этих ядер. Она будет в два раза больше. Потому что если период полураспада в два раза меньше, значит за то же самое время распадется в два раза больше ядер. Значит коэффициент "лямбда" в формуле будет в два раза больше. Поэтому мы можем утверждать...
А теперь давайте запишем численное значение постоянной распада...
И так любой радио нуклид, т.е любой сорт ядер можно охарактеризовать периодом полураспада - в течении, которого распадается половина ядер, либо постоянная распада, которая представляет собой коэффициент между активностью образца и количеством ядер, в каких единицах измеряется активность мы тоже выяснили, но дело в том, что активность образца настолько важная величина, что ее описания введена специальная единица, как Джоуль/сек - Вт, так и единица активности радио нуклидного образца называется беккерель [Бк]. И так, активность в СИ измеряется в Беккерелях. Как вы думаете, если образец имеет величину активности один Беккерель - это сильно радиоактивный образец или нет? Нет, такая величина означает, что за одну секунду происходит всего лишь один распад, хотя может быть в нем находится, например, 10^22 ядер. Значит, что такое 1 беккерель? 1 беккерель - это активность такого образца, в котором за одну секунду в среднем происходит один распад. Давайте сформулируем строго.
1 беккерель - это активность такого образца в котором за одну секунду в среднем происходит 1 распад.
Теперь давайте подумаем почему мы записали словосочетание "в среднем"? Потому что радиоактивный распад - это случайный процесс. И давайте решим задачу на определение количества атомов урана - 235, содержащихся в радиоактивном препарате при его известной радио активности.
И последнее...не случайно, когда мы приводили периоды полураспада различных радионуклидов, например, углерода 6,14 - это радиоактивный углерод. Половина его ядер распадается за 5570 лет. Так вот этот радиоактивный углерод образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей, т.е излучения, которое приходит к нам из космоса от Солнца. И этот углерод обладает точно такими же химическими свойствами, как обычный углерод 6,12. И из него получается такой же углекислый газ, который участвует в процессах, происходящих с растениями. Эти растения содержат в себе два сорта углерода: в подавляющем количестве обычный углерод и небольшое количество радиоактивного углерода. И процесс жизнеобеспечения постоянно сопровождается обменом углерода с окружающей средой. Пока растение живо в нем процент радиоактивного углерода один и тот же. Но представьте себе, что дерево упало и растение умерло...спилили его или оно, просто, умерло своей смертью...это не важно, потом оно ушло под землю, жизненные процессы в нем прекратились, углерод из вне больше не поступает. Углерод 6,12 остается, а 6,14 распадается. А поскольку углерод 6,14 радиоактивный, то если мы возьмем кусочек какой-то старой древесины, то мы заметим, что у него радиоактивность при том же количестве ядер углерода, углерод входит в состав целлюлозы, древесины, меньше, чем у того же дерева, только свежего. Сравнивая активности одинаковых по массе кусочков одного и того же материала можно определить возраст. И таким способом можно определять возраст от 1000 до 50-ти тысяч лет. Этот метод называется метод радиоуглеродной датировки. С помощью этого метода, например, впервые было определено сколько лет Египетским мумиям, и оказалось, что им 6 тысяч лет. Вот такие вот интересные вещи перебрасывают мостик между физикой, историей, биологией и т.д. о которых мы продолжим говорить на следующих лекциях
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.