一見無限の数の化学および物理学の用語のように、「放射性」という言葉は、物理科学者が意味するもの以外の何かを意味するために一般大衆によって採用されてきました。 日常の英語では、何かを放射性と表現することは、あなたが話していることは何でも不可逆的に汚染力に襲われているので、それに近づくことは悪い考えであることを意味します。
実際には、 放射能 確かに特定の形の生物にとって危険である可能性があり、おそらくそれは多くの人を助けることはできません 人々はこの用語を原子爆弾や「漏れやすい」原子力発電の不要な画像と反射的に関連付けます 植物。 しかし、この用語には多くの物理的イベントが含まれ、それらの多くは苦痛を伴うほどゆっくりと展開しますが、多くの点で科学者にとって不可欠でもあります。
「もの」ではなく、関連するプロセスのグループである放射能は、 粒子の放出をもたらす原子核内の変化. （これを、原子の電子が相互作用するが、原子核は変化しないままである通常の化学反応と比較してください。）プロセスは 異なる時間における材料の特定のサンプル内の異なる原子、放射能を含む計算は、個人の行動ではなく、これらのサンプルに焦点を合わせます 原子。
物理学における放射能とは何ですか？
放射能とは、 放射性核種. ご覧のとおり、この「崩壊」は、厳密な数学的規則に従うという意味で、生物学的物質に関連するものとは異なりますが、それでも、 時間の経過とともに物質の質量が減少し、その結果、1つまたは複数の異なる物質が蓄積します（保存則に従って） 質量）。
放射性サンプルの放射能は、自然界で最も強い核力である強い核力と、結合する「接着剤」との間の張力に起因します。 原子核内の陽子と中性子、および静電力、2番目に強い力、および原子核内の陽子を押す傾向がある力 離れて。 この継続的な「戦い」は、核の時折の自発的な再形成とそれらからの離散粒子の放出をもたらします。
「放射線」はこれらの粒子の名前であり、放射能の結果です。 放射線（または崩壊）の3つの最も一般的なタイプは、アルファ（α）、ベータ（β）、およびガンマ（γ）放射線であり、以下で詳細に説明します。
-
アルファ線 2つの陽子と2つの中性子で構成され、ヘリウム（He）原子の核、つまり2つの電子を持たないヘリウムに相当します。 この粒子のかなりの質量（ベータの約7,000倍）の組み合わせのため 粒子、下）および+2電荷、これらの粒子は原子核からそれほど遠くに移動しません それらを放出します。 それらはほとんどの物質と強く相互作用し、摂取（飲み込む）すると深刻な生物学的損傷を与える可能性があります。
-
ベータ線 と呼ばれる亜原子粒子と一緒に負に帯電した電子の放出です 電子ニュートリノ. また、電子の質量（約9.9×10）を持つ陽電子の放出を指すこともあります。–31 kg）しかし正電荷。 これらの粒子は小さいため、アルファ線よりも透過性が高くなりますが、飲み込むと健康に害を及ぼします。
- ガンマ線 は、ごくわずかな質量の粒子ではなく、原子核からの電磁エネルギーの放出です。 これらの放出は、後者が核に由来しないことを除いて、X線に似ています。 この放射線は、非常に危険である可能性があるのと同じ理由で、医療用途で役立ちます。それは、生物学的（そして時にははるかに密度の高い）物質に深く浸透します。
放射性崩壊：定義と用語
間もなく正式に紹介される放射性崩壊の法則は、2つの異なる時点で崩壊した原子核の数を、 減衰定数λ （ギリシャ文字のラムダ）。 この定数は、 人生の半分 特定の放射性核種の。
- 放射性核種は、特定の陽子と中性子の数を強調することを除いて、同位体に似ていると考えてください。たとえば、炭素14は、6つの陽子と8つの中性子を持つ炭素原子核です。 中性子数は化学反応では重要ではありませんが、放射能では不可欠です。 これが、物理的挙動よりも化学的挙動を強調するため、同位体をすべて周期表の同じ元素でグループ化できる理由です。
物質の半減期は、時間t = 0に存在する物質の量が半分になるまでにかかる時間です。 重要なことに、このプロパティはどの時点でも絶対量に依存しません。 この期間は指定されています t1/2 原子種間で見事に異なります。
サンプルのアクティビティは、単位時間あたりの減衰数であり、レートになります。 崩壊の総数と活動の違いは、位置と速度の違いに類似していると考えてください。 エネルギーと電力の間：後者は、前者を時間の単位（通常は秒、SI単位の時間）で割ったものです。 科学）。
放射性崩壊法
あなたが精通しているべき基本的な放射能の公式は法律として確立されています。つまり、いかなる条件下でも、それが違反であると信じられている場所はありません。 それは次の形式を取ります：
ここで、N0 は時間t = 0に存在する核の数であり、Nは時間tに残っている数です。 eは、自然対数の底として知られている定数であり、約2.71828の値を持ちます。 λは、前述のように、減衰定数であり、 分数 （数ではなく）単位時間あたりに崩壊する原子核の数。
放射能の式から、サンプルのサイズが半分になるか、値（1/2）Nに減少するのにかかる時間が注意してください。0、は式（1/2）Nで表されます。0 = N0e–λt. この方程式は簡単に（1/2）= eになります–λt. 各辺の自然対数（電卓のln）を取り、tを特定の値tに置き換えます。1/2、この式をln（1/2）= –λtに変換します1/2、または–（ln 2）= –λt1/2. ラムダを解くと、次のようになります。
λ= ln 2 / t1/2 = 〜0.693 / t1/2
- 〜、または チルダは、数字の前に追加すると、数学で「おおよそ」を表します。
これは、減衰プロセスの速度定数がわかっている場合は、半減期を決定でき、その逆も可能であることを意味します。 重要なタイプの計算の1つは、N / Nの割合に基づいて、試験片が「完了」してからどれだけの時間が経過したかを計算することです。0 残っている核の。 このような計算の例と放射性崩壊計算機は、この記事の後半に含まれています。
半減期の詳細
多くの学生は、半減期の概念がややイライラするか、少なくとも最初は異質である放射性崩壊の定義を見つけます。 あなたがあなたの家でフルーツジュースを買う人であり、あなたが缶の数が48から24に減少したことに気づいたら 先週、正式な計算をしなくても、正確にフルーツジュースをもっと手に入れる必要があると判断できるでしょう。 週間。 現実の世界では、「崩壊」プロセスは線形です。 それらは、物質がいくら存在しても、一定の割合で発生します。
- 特定の薬は、体内の代謝の半減期パターンに従います。 エタノールなどの他のものは、一定の速度で消えます。たとえば、1時間に約1つのアルコール飲料です。
いくつかの放射性核種の崩壊過程がそのような場所で起こるという事実 遅いレートは、それに対応して巨大な半減期を持ち、考古学や歴史などのさまざまな科学において、特定の種類の放射性同位元素年代測定法を非常に貴重なものにします。 これらの半減期のいくつかはどれくらい伸びますか？
放射性サンプルの放射能はどのように測定されますか？
放射能の公式は、個々の原子については何も言いません。既知の半減期を持つ単一の原子核を見つめた場合、かなりの場合でも 短いもの（たとえば60分）では、この放射性核種が次の15、30、または60の間に崩壊するか、崩壊するかを推測する必要があります。 分。 ただし、かなりのサンプルがある場合は、統計的原理を使用して、特定の時間枠で変換される割合を決定できます。 どれを事前に選択することはできません。
- SIの活動単位は、ベクレルまたはBqとして知られており、1秒あたり1回の減衰を表します。 キュリー（Ci）と呼ばれる非標準の単位は3.7×10に等しい10 Bq。
減衰定数とは異なり、放射能は時間とともに変化することに注意してください。 これは、放射性崩壊を受けている物質のグラフから予想する必要があります。 核の数がNから下がるにつれて0 to（N0/ 2）から（N0/ 4）から（N0/ 8）など、連続する半減期にわたって、曲線グラフは平坦になります。 それはまるで物質が消えて喜んでいるかのようですが、それはただ長居し、もう少し長居したいだけで、ドアから完全に出ることは決してありません。 この場合、核の変化率（微積分式–dN / dtに等しい）は時間の経過とともに減少する必要があります（つまり、グラフの傾きは時間の経過とともに負になりません）。
放射性炭素年代測定とは何ですか？
多くの熱心な人々はしばしばこの用語を使用します 放射性炭素年代測定 間違って。 この慣行は、放射性同位元素（または放射性核種）の年代測定として知られる一般的なプロセスを指します。 何かが死ぬと、そこに含まれる炭素14は崩壊し始めますが、はるかに安定した炭素12核種は崩壊しません。 時間の経過とともに、これにより炭素14と炭素12の比率が1：1から徐々に低下します。
炭素14の半減期は約5、730年です。 これは化学のコースと比べると長い時間ですが、地球は44〜45億年前のものであるため、地質時代と比べるとほんの一瞬です。 しかし、これは人間のスケールで古代のアーティファクトの年齢を決定するのに役立ちます。
例： 古い本の表紙の保存状態の良い汗の染みの炭素14と炭素12の比率は0.88です。 その本は何歳ですか？
Nの正確な値がどのようになっているのかを知る必要がないことに注意してください0 またはN; それらの比率を持っていれば十分です。 また、炭素14の半減期から減衰定数λを計算する必要があります。λ= 0.693 / 5,730 = 1.21×10–4 崩壊/年。 （これは、1秒間に1つの原子核が崩壊する確率が12,100分の1であることを意味します。）
この問題の放射性崩壊則の方程式は次のようになります。
（0.88）N0 = N0e–λt
0.88 = e–λt
ln 0.88 = –λt
–1.2783 = –(1.21 × 10–4）t
t = 10、564年。
この値は不正確であり、実行されたテストの数やその他の要因に応じて、10、560年または10、600年に四捨五入されます。
化石などのはるかに古い標本の場合、半減期がはるかに長い他の放射性核種を使用する必要があります。 たとえば、カリウム40の半減期は約12.7億（1×10）です。9）年。
放射性崩壊計算機
リソースには、さまざまな半減期を持つ何百もの異なる原子核を試して、与えられたままの原子核の割合を決定できるツールがあります。 最初の日付、または残りの金額を使用して、標本の外観をさかのぼります（または少なくとも標本に関する生物学的活動のおよその日付） 停止）。