一部の同位体は放射性であり、特定の種類の放出によって崩壊しますが、他の同位体は無期限に安定しています。放射性同位元素の量が少なくなるため、放射能の量は時間の経過とともに減少します。
半減期は、放射性崩壊の魅力的で有用な側面です。これらの半減期定義ノートでは、半減期の定義の意味と、一定回数の半減期後に残る放射性物質の量を計算する方法を学びます。
半減期の定義
化学反応の半減期は、特定の反応物質の濃度が初期濃度の 50% に達するまでにかかる時間です (つまり、反応物質の濃度が初期値の半分に達するまでにかかる時間)。通常は秒単位で表され、記号「t1/2」で表されます。放射性同位体の半減期は、同位体の半分が崩壊するのにかかる時間の長さです。放射性同位元素の半減期は一定です。条件の影響を受けず、その同位体の元の量によって変化しません。
このフレーズは、一般に指数関数的または非指数関数的な減衰のあらゆる形態を説明するためにも使用されます。たとえば、人体における医薬品やその他の化合物の生物学的半減期は、医学研究で議論されています。倍加時間は半減期の逆です。
次の図を検討してください。 100.0 g の 3H があるとしましょう。 （トリチウム、水素の放射性同位元素）。半減期は12.3年です。サンプルの半分は、12.3 年後にベータ粒子を生成することによって 3He に崩壊し、元の 3H は 50.0 g しか残りません。残りの 3H の残りの半分は、さらに 12.3 年、合計 24.6 年後に崩壊し、25.0 g の 3H が残ります。残りの 3H の残りの半分は、さらに 12.3 年、合計 36.9 年後に崩壊し、12.5 g の 3H が残ります。放射性物質の崩壊がどのように発生するかを理解するために、統計分析によってかなり明白な結果が得られるため、大規模なグループで実験を行いましょう。
次のシナリオを考えてみましょう:ほぼ 1000 人がホールに集まり、それぞれにコインが与えられます。コインは崩壊する能力を表し、各個人は放射性原子を表します。個人は、1 分に 1 回、お金を投げるように要求できます。トスの結果が表の場合、その人は部屋を出るように要求される場合があります (原子の崩壊を示します) が、結果が裏の場合は、何もする必要はありませんが、次のトスの試行まで 1 分待ちます。
半減期の公式
これらの半減期定義ノートで説明したように、半減期は同位体の半分が崩壊するのにかかる時間の長さです.では、半減期の公式を見てみましょう。反応の半減期の式は、反応の順序によって異なることに注意してください。ゼロ次反応の半減期は、数学的な計算を使用して計算できます:
t1/2 =[R]0/2k
一次反応の半減期は次のように計算されます:
t1/2 =0.693/k.
二次反応の半減期は、次の式を使用して計算されます:
1/k[R]0.
ここで、反応の半減期は t1/2 です
初期反応物濃度は [R0] (mol.L-1 or M)
反応の速度定数は k です。
半減期の定義に関する重要な注意事項
半減期の定義の意味によると、多くの人々は、放射性元素の半減期は放射性である時間を意味すると信じています.実際には、要素の半分が放射性崩壊するのにかかる時間であり、すべてではありません.ただし、場合によっては、娘元素も放射性です。したがって、その放射能を考慮に入れる必要があります。
電離型煙感知器 (紹介記事で説明) の推定寿命は 10 年です。その間に、半減期が約 432 年のアメリシウム 241 が失う放射能は 4% 未満です。
432 年という半減期は私たちには長いように見えるかもしれませんが、半減期という点ではそれほど長くはありません。ウランの最も一般的な同位体であるウラン 238 の半減期は 4.5×109 年で、トリウム 232 の半減期は 14×109 年です。一方、一部の原子核は半減期が非常に短く、科学者がそれらを研究するのを困難にしています。ローレンシウムの最長寿命の同位体である 262Lr の半減期は 3.6 時間ですが、最短寿命の同位体である 252Lr の半減期は 0.36 秒です。これまでに発見された最大の原子は、原子番号 118、質量 293、半減期 120 ナノ秒です。
特定の不安定な原子核の半減期とそれらが崩壊する方法は特徴です。アルファ崩壊とベータ崩壊のプロセスは、一般にガンマ崩壊よりも遅くなります。ベータ崩壊の半減期は最大 100 分の 1 秒ですが、アルファ崩壊の半減期は最大 100 万分の 1 秒です。ガンマ放出の半減期は広範囲に渡って観察されていますが、ガンマ崩壊の半減期は短すぎて測定できません (約 10 ～ 14 秒)。
結論
半減期は、放射性崩壊における重要な概念です。化学反応の半減期は、特定の反応物の濃度が初期濃度の 50% に達するまでにかかる時間です。多くの人々は、放射性元素の半減期は元素の半分が放射性崩壊するのにかかる時間であると誤解していますが、実際には元素全体ではなく、元素の半分が放射性崩壊するのにかかる時間です.したがって、これらの半減期定義ノートでは、半減期の定義と公式の意味を研究しました。
