מחצית חיים

זמן מחצית החיים של איזוטופ רדיואקטיבי הוא הזמן הדרוש למחצית מהאטומים של איזוטופ זה כדי לדעוך ולהפוך לאטומים של איזוטופ אחר. זמן מחצית החיים משקף את מידת היציבות של האיזוטופ. זה הוא נתון מרכזי בתחום הפיזיקה הגרעינית. דעיכה מעריכית היא אירוע סטטיסטי בעל התפלגות מעריכית: היא אינה מאפשרת לנבא מתי אטום מסוים יתפרק, אלא מה שיעור האטומים שיתפרקו בפרק זמן נתון. זמן מחצית החיים נע בין חלקיקי שנייה במקרה של איזוטופים רדיואקטיביים מאד לא יציבים ועד אלפי שנים או אף זמן הגדול מזמן קיום העולם לאיזוטופים יציבים במיוחד.

אף שהמושג זמן מחצית חיים הוא המקובל בעולם המדע, אין הוא מדויק מילולית, שהרי אין מדובר במחצית אורך חיי החומר (זמן זה הוא אינסופי, שכן ההתפרקות היא תהליך אקספוננציאלי), אלא בזמן שבמהלכו יתפרקו מחצית מהאטומים במערכת, כלומר זמן חיי המחצית. השימוש במושג זמן מחצית חיים התרחב גם לתחומים שמחוץ לרדיואקטיביות: בתהליכים כימיים מסוימים, קצב התהליך מושפע מריכוז החומרים המשתתפים בתהליך, וכך גם בהתפרקות של תרכובת. בהתאם לכך ניתן לדבר על זמן מחצית החיים של חומר ההדברה די-די-טי, שהוא הזמן שבו חצי מהחומר שרוסס בשדה מסוים מתפרק לחומרים אחרים.

זמן מחצית חיים שונה מאורך חיים ממוצע (mean lifetime). אורך חיים הוא ממוצע הזמן הנדרש לדעיכת כל החלקיקים הנתונים, לעומת דעיכת חצי מהם, אליה מתייחס זמן מחצית החיים. השימוש בנתון אורך החיים הממוצע נפוץ יותר בתחום פיזיקת החלקיקים, בין היתר מכיוון שמשך החיים של חלקיקים תת-אטומיים בלתי-יציבים הוא, לרוב, קצר בהרבה מזה של אטומים בלתי-יציבים. זאת ועוד, פיזיקת החלקיקים מרבה לעסוק במערכות המכילות מספר קטן של חלקיקים תת-אטומיים – לעיתים, רק אחד – כך שאין טעם או אפשרות של ממש לדון בזמן הנדרש לדעיכת חצי מהחלקיקים.

דוגמה

איזוטופ שזמן מחצית החיים שלו הוא יום, כמותו לאחר יום תפחת לחצי מהכמות ההתחלתית. על מנת למצוא כמה אטומים ישארו לאחר 4 ימים, החישוב הוא כדלקמן: לאחר יום תישאר 12 מהכמות ההתחלתית, לאחר יומיים ישאר 14, לאחר שלושה ימים 18 ולאחר ארבעה ימים 116.

בדומה לכך ניתן לחשב להיפך, אם לאחר יום נשאר ממנו 34 מהכמות ההתחלתית זה אומר שזמן מחצית החיים שלו הוא 2.409 ימים[1] . ואם לאחר שנה נשאר ממנו 0.9999, אז זמן מחצית החיים שלו הוא 6,931 שנה.

הגדרות

תהליך התפרקות רדיואקטיבית ניתן לתיאור על ידי אחת משלוש נוסחאות שקולות:

כאן:

  • הכמות ההתחלתית של האיזוטופ (שניתנת למדידה בגרמים, מולים או מספר חלקיקים).
  • כמות החומר שנותרה כעבור זמן .
  • הוא זמן מחצית החיים.
  • הוא הזמן שלוקח לכמות האיזוטופ לקטון בשיעור של e.
  • מכונה "קבוע הדעיכה", ומאפיין את קצב ההתפרקות.

הפרמטרים , ו- מקיימים את השוויונות:

כאשר הוא הלוגריתם הטבעי של 2 (וערכו בקרוב 0.693).

זמן מחצית החיים של יסודות הטבלה המחזורית

בטבלה מוצג זמן מחצית החיים של האיזוטופ היציב ביותר של היסוד.

זמן מחצית החיים של יסודות 83 עד 118

כל היסודות בעלי מספר אטומי מעל 82 (עופרת) אינם יציבים וזמן מחצית החיים באופן כללי יורד עם עליית המספר האטומי, החל מהיסוד היציב למדי אורניום (מספר 92) ועד היסוד הכבד ביותר 118. זמן מחצית החיים גדל בתחום היסודות 103 עד 105, יורד ביסוד 106 ועולה שוב קלות ביסודות 110 עד 114, מה שמרמז על התכנות אי של יציבות.

בטבלה מוצג זמן מחצית החיים של האיזוטופ היציב ביותר של היסוד בטווח.

מספר אטומישם היסודהאיזוטופ היציב ביתרמחצית חיים
83 ביסמוט209Bi2 × 1019 שנים
84 פולוניום209Po130 שנים
85 אסטטין210At8 שעות
86 רדון222Rn3.824 ימים
87 פרנציום223Fr22.0 דקות
88 רדיום226Ra1600 שנים
89 אקטיניום227Ac21.77 שנים
90 תוריום232Th1.41 × 1010 שנים
91 פרוטקטיניום231Pa32800 שנים
92 אורניום238U4.47 × 109 שנים
93 נפטוניום237Np2.14 × 106 שנים
94 פלוטוניום244Pu8.0 × 107 שנים
95 אמריציום243Am7400 שנים
96 קוריום247Cm1.6 × 107 שנים
97 ברקליום247Bk1000 שנים
98 קליפורניום251Cf900 שנים
99 איינשטייניום252Es470 ימים
100 פרמיום257Fm100.5 ימים
101 מנדלביום258Md51.5 ימים
102 נובליום259No58 דקות
103 לורנציום266Lr~11 שעות
104 רתרפורדיום267Rf~1.3 שעות
105 דובניום268Db1.3 ימים
106 סיבורגיום269Sg~3.1 דקות
107 בוהריום270Bh3.8 דקות
108 האסיום277mHs~130 שניות
109 מייטנריום278Mt7.6 שניות
110 דרמשטטיום281mDs~3.7 דקות
111 רנטגניום282Rg2.1 דקות
112 קופרניקיום285mCn~8.9 דקות
113 ניהוניום286Nh19.6 שניות
114 פלרוביום289mFl~1.1 דקות
115 מוסקוביום289Mc220 מילי-שניות
116 ליברמוריום293Lv61 מילי-שניות
117 טנסין294Ts78 מילי-שניות
118 אוגאנסון294Og890 מיקרו-שניות

ראו גם

קישורים חיצוניים

ראו מדיה וקבצים בנושא זה בוויקישיתוף.

הערות שוליים

  1. על פי המשוואה : ממילא :
This article is issued from Hamichlol. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.