Pereputan Radioaktif dan Separuh Hayat

Nukleus sesetengah isotop tidak stabil dan boleh berubah secara spontan melalui pereputan radioaktif. Kita tidak dapat menentukan dengan tepat masa satu nukleus tertentu akan mereput, tetapi bagi kumpulan nukleus yang sangat besar, kadar keseluruhannya menunjukkan corak statistik yang boleh diukur dan diramal.

Separuh hayat ialah ukuran kadar pereputan

Separuh hayat ialah tempoh yang diperlukan supaya secara purata separuh daripada nukleus radioaktif asal dalam suatu sampel mereput. Selepas satu separuh hayat, kira-kira satu perdua nukleus induk kekal; selepas dua separuh hayat, kira-kira satu perempat; selepas tiga, kira-kira satu perlapan. Corak ini ialah pereputan eksponen, bukannya pengurangan dengan jumlah tetap pada setiap selang masa.

Bahagian nukleus radioaktif yang tinggal menjadi separuh bagi setiap satu separuh hayat (T½): 1/2, 1/4, 1/8 dan seterusnya. Bentuk lengkung sama untuk semua isotop; hanya nilai T½ berbeza.

Pereputan menghasilkan nuklid anak

Dalam banyak siri pereputan, nuklid radioaktif asal disebut nuklid induk dan hasil pereputannya disebut nuklid anak. Nuklid anak mungkin stabil atau mungkin turut radioaktif. Dengan mengenal pasti isotop dan mengukur nisbah induk-anak, saintis boleh menguji model pereputan dan, dalam keadaan yang sesuai, menganggarkan masa yang telah berlalu.

Pada carta nuklid, paksi mengufuk ialah bilangan neutron (N) dan paksi menegak bilangan proton (Z). Pereputan alfa, beta tolak, serta beta tambah atau tangkapan elektron memindahkan nuklid induk ke kedudukan nuklid anak yang berbeza. Contoh konsep satu langkah; banyak siri pereputan mempunyai beberapa langkah.

Nota Istilahisotop: Atom unsur yang sama dengan bilangan proton yang sama tetapi bilangan neutron yang berbeza.

Jam radioaktif memerlukan sistem yang sesuai

Pentarikhan radiometrik menggunakan kadar pereputan yang diketahui bersama pengukuran isotop dalam bahan. Contohnya, uranium-238 mempunyai separuh hayat kira-kira 4.47 bilion tahun dan akhirnya menghasilkan plumbum melalui siri pereputan. Isotop berlainan sesuai untuk julat masa berlainan; karbon-14, dengan separuh hayat kira-kira 5,730 tahun, digunakan untuk bahan organik yang jauh lebih muda berbanding batuan purba.

Pentarikhan bukan sekadar membaca satu nombor

Umur yang boleh dipercayai memerlukan isotop yang sesuai, pengukuran tepat dan penilaian sama ada bahan bertindak sebagai sistem yang cukup tertutup sejak peristiwa yang hendak ditarikhkan. Kehilangan atau kemasukan unsur induk atau anak boleh mengubah nisbah yang diukur. Sebab itu ahli geologi membandingkan mineral, konteks geologi dan, apabila boleh, lebih daripada satu kaedah.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Aktiviti sampel radioaktif berkurang mengikut masa, dan isotop tertentu menunjukkan corak kadar pereputan yang boleh diukur berulang kali.
Bukti
Makmal mengukur peristiwa pereputan, tenaga sinaran dan nisbah isotop menggunakan pengesan serta spektrometri; pengukuran berulang membolehkan separuh hayat ditentukan bersama ketidakpastiannya.
Inferens
Jika kebarangkalian pereputan setiap nukleus kekal malar dalam keadaan biasa, populasi nukleus induk berkurang secara eksponen dan mempunyai separuh hayat yang tetap bagi isotop tersebut.
Model
Model pereputan eksponen menghubungkan bilangan nukleus induk yang masih ada dengan masa melalui pemalar pereputan atau separuh hayat.
Batasan
Model ideal menganggap sampel dan sejarahnya difahami. Dalam pentarikhan sebenar, pencemaran, pertukaran unsur, ketidakpastian pengukuran dan andaian tentang keadaan awal perlu diuji sebelum umur ditafsirkan.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Jika 80 mg isotop radioaktif berbaki pada awal pengukuran, berapakah yang dijangka berbaki selepas dua separuh hayat?