5.5. Скорость радиоактивного распада. Период полураспада.

Разные изотопы имеют разное время жизни. Скорость распада важно знать, чтобы решить, насколько полезен или опасен данный изотоп.

Скорость, с которой распадается радиоактивный изотоп, нельзя увеличить или уменьшить. Она зависит только от того, какой это изотоп и каково его количество в данный момент времени.

Скорость распада радиоизотопов измеряется периодом полураспада.

Период полураспада t_1/2 неустойчивого изотопа – это время, за которое его радиоактивность уменьшается вдвое по сравнению с исходной. Таким образом, промежутки времени, необходимые для того, чтобы из исходного числа радиоактивных атомов N₀ осталась половина этого числа N₀/2 , а также чтобы из N₀/2 осталось N₀/4 , а из N₀/4 осталось N₀/8 и т.д. равны и составляют t_1/2.

Скорость распада пропорциональна числу нераспавшихся радиоактивных атомов.

Периоды полураспада могут составлять от миллионных долей секунды до миллионов лет. Они не зависят от массы радиоактивного вещества, от присутствия катализаторов или изменения температуры.

Таблица 5.3.

Периоды полураспада некоторых изотопов

Изотоп	Символ	Период полураспада	Происхождение
Полоний-212	21284Ро	3  10-7 с
Углерод-14	146С	5700 лет	Бомбардировка атмосферного азота космическими лучами
Уран-238	23892U	4,5  109 лет	Урановые минералы
Торий-230	23090Th	80000 лет
Радий-226	22686Ra	1620 лет
Цезий-137	13755Cs	27 лет	Выпадение осадков после взрыва атомных и водородных бомб
Стронций-90	9038Sr	80000 лет
Радон-222	22286Rn	3,82 дня	Земная кора

Поскольку скорость распада зависит лишь от первой степени количества N₀ радиоактивного вещества, этот процесс относится к реакциям первого порядка и должен описываться кинетическим уравнением

или .

По истечении периода полураспада количество нераспавшегося радиоактивного вещества должно составлять половину исходного количества, т.е. N₀/2, и следовательно, период полураспада можно выразить следующим образом:

t_1/2 = или t_1/2 = .

В общем виде для любого момента времени

.

Величина k (с^-1) называется константой скорости радиоактивного распада, характеризует скорость радиоактивного превращения и показывает, какая доля исходного числа атомов радиоактивного изотопа распадается в единицу времени.

Обратная величина 1/k (с) – среднее время жизни радиоактивного элемента – указывает, из какого числа ядер распадается одно ядро в течение 1 с.

Зная период полураспада, нетрудно найти константу скорости радиоактивного распада любого изотопа.

Каждый конкретный изотоп характеризуется индивидуальными значениями постоянных t_1/2 и k.

5.6. Естественная радиоактивность

Естественный распад радиоактивных элементов сопровождается превращением их в другие радиоактивные элементы или изотопы. Обычно при превращениях ядро изотопа теряет - или -частицу, в результате чего образуется новый элемент или изотоп.

Известны три естественных ряда радиоактивных элементов.

Ряд урана начинается с ²³⁸₉₂U , включает несколько радиоактивных изотопов и заканчивается изотопом устойчивым изотопом свинца ²⁰⁸₈₂Pb.

Два первых члена ряда:

²³⁸₉₂U  ²³⁴₉₀Th + ⁴₂Не (-распад)

²³⁴₉₀Th  ²³⁴₉₁Ра +⁰_-1е (-распад)

Два других естественных ряда – это ряд актиния, начинающийся с

²³⁵₉₂U и заканчивающийся ²⁰⁷₈₂Pb и ряд тория, начинающийся с ²⁸²₉₀Th и заканчивающийся ²⁰⁸₈₂Pb.

Имеется и четвертый ряд радиоактивных изотопов, который не существует в природе, и был получен искусственно.