What properties has alpha, beta and gamma radiation?
Radioactive decay is an random process in which alpha, beta or gamma radiation is emitted. It is not possible to predict when an individual atom will decay. The decay process is spontaneous and can be only described statistically.
The law of radioactive decayradioactive decayradioactive decay describes the statistical behaviour of a large number of nuclides. It says that:
where:
N(t) - is the total amount of untransformed nuclei at a time t, ∆N - is the number of nuclei decayed in the time ∆t, the decay constantdecay constantdecay constant λ - is a parameter that characterizes a given radioactive substance. It determines the probability of nucleus decay per unit of time. The unit of the decay constant is sIndeks górny -1-1.
The rate of radioactive decayradioactive decayradioactive decay is also determined in terms of half‑lives.
The half‑life is the amount of time it takes for a given isotope to lose half of its radioactivity and is denoted as T or TIndeks dolny 1/21/2 . After two half‑lives the size of the sample is quartered, after third half‑life an eighth of atoms is left intact and so on. The half‑life does not depend on the age of the nuclei or the amount of the sample.
RYsDqPFMzmKSw1
Na rysunku przedstawiony jest rozpad promieniotwórczy w funkcji czasu. Oś pozioma opisana elapsed time, podzielona jest na jednostki wyrażone w wielokrotności połowicznego czasu rozpadu T, od 0 do 7T z indeksem dolnym ułamek jedna druga. Na osi pionowej opisanej number of radioactive atoms, zaznaczone są jako jednostki względne wartości: 0, N przez 8, N przez 4, N przez 2, N. Krzywa rozpadu zaznaczona jest na układzie współrzędnych pomarańczową linią. Punkty na krzywej rozpadu odpowiadające rozpadowi N przez 2, N przez 4, N przez 8 atomów opisane są przez symboliczne schematy złożone z zielonych kuleczek na czarnym tle. Symbolizują one ilość atomów, które nie uległy rozpadowi. Od punktu (O, N) strzałka do schematu prostokąta, podzielonego na 5 wierszy i 8 kolumn, którego każda komórka wypełniona jest kulką. Od punktu (T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, N przez 2) strzałka do schematu prostokąta, podzielonego na 5 wierszy i 8 kolumn, którego połowa komórek losowo wypełniona jest kulkami. Od punktu (2T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, N przez 4) strzałka do schematu prostokąta, podzielonego na 5 wierszy i 8 kolumn, którego 10 komórek losowo wypełnione jest kulkami. Od punktu (3T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, N przez 8) strzałka do schematu prostokąta, podzielonego na 5 wierszy i 8 kolumn, którego 5 komórek losowo wypełnione jest kulkami. Zależność liczby jąder pozostałych w próbce danego izotopu od czasu ma charakter wykładniczy, liczba jąder zmniejsza się o połowę w każdej jednostce czasu.
Examine the graph showing the radioactive decay for the isotope in the sample of organic material for 30000 years after its death. Answer the questions.
R7VWhnbPdbEXz1
Na rysunku przedstawiona jest zależność liczby atomów izotopu od czasu rozpadu. Oś pozioma opisana elapsed time, podzielona jest na jednostki wyrażone w wielokrotności połowicznego czasu rozpadu: 0, T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, 2T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, 3T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, 4T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, 5T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, 6T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, 7T z indeksem dolnym ułamek jedna druga. Pod nimi zaznaczone są wartości w latach dla tego konkretnego izotopu: 0, 5700, 11400, 17100, 22800, 28500, 34200, 39990. Na osi pionowej opisanej number of radioactive atoms of w indeksie górnym 14, C, zaznaczone są jako jednostki względne wartości w przedziale od 0 do 1, co jedna dziesiąta. Krzywa rozpadu zaznaczona jest n aukładzie współrzędnych pomarańczową linią przechodzącą przez punkty: (0, 1), (T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, pięć dziesiątych), (4T z indeksem dolnym ułamek jedna druga, osiem setnych). Zależność liczby jąder pozostałych w próbce danego izotopu od czasu ma charakter wykładniczy, liczba jąder zmniejsza się o połowę w każdej jednostce czasu.
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
1. How long is approximately one half‑life for ?
2. If the initial number of the atoms of in the sample was 10000, how many atoms that are not transformed remains after: a) one half‑life, b) two half‑lives, c) three half‑lives.
3. Explain why in your opinion half‑life measurements are not effective in dating of a sample of a living organism in the time period longer than 50000 years after its death?
In the process of a radioactive disintegrationdisintegrationdisintegration, the nucleus which undergoes decay is called a parent nucleusparent nucleusparent nucleus and the product of the process is called a daughter nucleus.
The law of radioactive displacements, also known as Fajans and Soddy Law describes the relations between the parent nucleusparent nucleusparent nucleus and daughter nucleusdaughter nucleusdaughter nucleus in terms of the atomic number and the mass number.
In alpha decay, an element is created with an atomic number less by 2 and a mass number less by 4 of that of the parent radioisotope. The α‑decay can be expressed as:
In beta decay (emitted particle is an electron), the mass number remains unchanged while the atomic number becomes greater by 1 than that of the parent radioisotope. β−decay can be expressed as:
Example 2
Thorium is converted to protoactinium due to β–decay.
At a time, either α or β particle is emitted. Both α and β particles cannot be emitted simultaneously during a single decay.
When a radioactive nucleus emits γ−rays, only the energy level of the nucleus changes and the atomic number and mass number remain the same.
During α or β−decay, the daughter nucleusdaughter nucleusdaughter nucleus is mostly in the excited state. Return to the ground state is associated with the emission of γ−rays.
Example 3
During the transformationtransformationtransformation of radium into radon , radon returns from the excited state to the ground state and γ−ray of 0,187 MeV is emitted.
RoIaapqptccWh
Na ilustracji interaktywnej pokazany jest schematycznie rozpad radonu. Podczas przemiany radu w radon, radon powraca ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego i emitowane jest promieniowanie gamma.Stan energetyczny jądra przedstawiony jest jako pozioma linia opisana: w indeksie górnym 226, w indeksie dolnym 88, Ra. Następujący rozpad alfa symbolizuje zielona strzałka, opisana numerem 1, która wskazuje kolejną, niżej położoną linię oznaczającą stan wzbudzony kolejnego izotopu radonu i opisana jest: w indeksie górnym 222, w indeksie dolnym 86, Rn w indeksie górnym gwiazdka. Emituje on promień gamma oznaczony pomarańczową strzałką i opisany numerem 2. Stan podstawowy końcowego produktu rozpadu oznaczony jest jako kolejna, trzecia pozioma linia opisana: w indeksie górnym 222, w indeksie dolnym 88, Rn. Na ilustracji widoczne są numery, a na nich podpisy. 1. α-particle {audio}, 2. γ-ray {audio}.
Na ilustracji interaktywnej pokazany jest schematycznie rozpad radonu. Podczas przemiany radu w radon, radon powraca ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego i emitowane jest promieniowanie gamma.Stan energetyczny jądra przedstawiony jest jako pozioma linia opisana: w indeksie górnym 226, w indeksie dolnym 88, Ra. Następujący rozpad alfa symbolizuje zielona strzałka, opisana numerem 1, która wskazuje kolejną, niżej położoną linię oznaczającą stan wzbudzony kolejnego izotopu radonu i opisana jest: w indeksie górnym 222, w indeksie dolnym 86, Rn w indeksie górnym gwiazdka. Emituje on promień gamma oznaczony pomarańczową strzałką i opisany numerem 2. Stan podstawowy końcowego produktu rozpadu oznaczony jest jako kolejna, trzecia pozioma linia opisana: w indeksie górnym 222, w indeksie dolnym 88, Rn. Na ilustracji widoczne są numery, a na nich podpisy. 1. α-particle {audio}, 2. γ-ray {audio}.
A radioactive seriesradioactive seriesradioactive series is a decay chain in which each member of the series is a product of the decay of the nuclidenuclidenuclide before it. The series ends with a stable nuclide. Four radioactive series are known: three of them occur naturally, the other one starts with an artificially created radionuclide.
Natural series
- Thorium
- Uranium
- Uranium
All of them end with an isotope of lead.
The plutonium series starts with the artificial plutonium isotope and ends with bismuth .
Radioactive decayradioactive decayRadioactive decay is spontaneous process where alpha, beta or gamma radiation is emitted. The description of such process is done in a statistical approach.
The law of radioactive decay, half‑life and the law of radioactive displacementdisplacementdisplacement describe features of disintegrationdisintegrationdisintegration of a given isotope.
The law of radioactive decay describes the statistical behaviour of a large number of nuclides.
Exercises
R1UT2hWteSph1
Exercise 1
Wersja alternatywna ćwiczenia: Determine which sentences are true. Możliwe odpowiedzi: 1. Radioactivity is random and spontaneous., 2. When two nuclei have the same mass number, but different atomic number, then they are called isotopes., 3. Half-life is the time that it takes for sample to decay., 4. The isotope used to determine the age of organic samples is radon .
Wersja alternatywna ćwiczenia: Determine which sentences are true. Możliwe odpowiedzi: 1. Radioactivity is random and spontaneous., 2. When two nuclei have the same mass number, but different atomic number, then they are called isotopes., 3. Half-life is the time that it takes for sample to decay., 4. The isotope used to determine the age of organic samples is radon .
Determine which sentences are true.
Radioactivity is random and spontaneous.
When two nuclei have the same mass number, but different atomic number, then they are called isotopes.
Half-life is the time that it takes for sample to decay.
The isotope used to determine the age of organic samples is radon .
zadanie
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
Exercise 2
Write equation for the following reaction.
- Decay of polonium by alpha emission.
Exercise 3
Explain in English what laws describe the statistical behaviour of radioactive decay.
RBOnZyolo9axd
Exercise 4
Wersja alternatywna ćwiczenia: Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly. Możliwe odpowiedzi: 1. przemiana - transformation, 2. rozpad radioaktywny - radioactive decay, 3. stała rozpadu - decay constant, 4. czas połowicznego rozpadu - half-live, 5. rozpad - displacement, 6. jądro macierzyste - daughter nucleus
Wersja alternatywna ćwiczenia: Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly. Możliwe odpowiedzi: 1. przemiana - transformation, 2. rozpad radioaktywny - radioactive decay, 3. stała rozpadu - decay constant, 4. czas połowicznego rozpadu - half-live, 5. rozpad - displacement, 6. jądro macierzyste - daughter nucleus
Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly.
przemiana - transformation
rozpad radioaktywny - radioactive decay
stała rozpadu - decay constant
czas połowicznego rozpadu - half-live
rozpad - displacement
jądro macierzyste - daughter nucleus
zadanie
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
R148GiotZ69UE1
Interaktywna gra, polegająca na łączeniu wyrazów w pary w ciągu jednej minuty. Czas zaczyna upływać wraz z rozpoczęciem gry. Jeden ruch to odkrywanie najpierw jednej potem drugiej karty z wyrazem. Każdy wyraz jest odczytywany. Kolejny ruch to odkrywanie trzeciej i czwartej karty. W ten sposób odsłuchasz wszystkie wyrazy. Nawigacja z poziomu klawiatury za pomocą strzałek, odsłuchiwanie wyrazów enterem lub spacją. Znajdź wszystkie pary wyrazów.
Interaktywna gra, polegająca na łączeniu wyrazów w pary w ciągu jednej minuty. Czas zaczyna upływać wraz z rozpoczęciem gry. Jeden ruch to odkrywanie najpierw jednej potem drugiej karty z wyrazem. Każdy wyraz jest odczytywany. Kolejny ruch to odkrywanie trzeciej i czwartej karty. W ten sposób odsłuchasz wszystkie wyrazy. Nawigacja z poziomu klawiatury za pomocą strzałek, odsłuchiwanie wyrazów enterem lub spacją. Znajdź wszystkie pary wyrazów.
Match Polish terms with their English equivalents.
decay constant
czas połowicznego rozpadu
radioactive decay
rozpad radioaktywny
half-live
transformation
stała rozpadu
radioactive series
przemiana
szereg promieniotwórczy
Source: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.
