RyR09ZDanQMzW1

Ilustracja przedstawia trójkątny znak z czarnym obramowaniem. Znakiem ostrzegającym przed substancją promieniotwórczą jest stylizowana koniczyna na żółtym tle.

Znanych jest ponad 2300 nuklidównuklidnuklidów promieniotwórczych. Niewielka część z nich to izotopy naturalnie występujące w przyrodzie, pozostałe otrzymywane są sztucznie. Okres półtrwaniaczas połowicznego rozpadu T1/2Okres półtrwania niektórych z nich jest porównywalny z czasem istnienia Ziemi. Pozostałe rozpadają się w krótszym lub dłuższym czasie, jednocześnie emitując promieniowanie korpuskularne (do którego należą alfa i beta) lub elektromagnetyczne (gamma).

Pierwiastki promieniotwórcze występują w przyrodzie naturalnie, jednak mogą być również produkowane przez człowieka. Dlatego wyróżnia się promieniotwórczośćpromieniotwórczośćpromieniotwórczość naturalną i sztuczną.

Proces samorzutnego rozpadu jąder pierwiastków radioaktywnych uzależniony jest od ilości zgromadzonych jąder. Im więcej ich jest, tym szybkość procesu wzrasta. Natomiast ubytek jąder promieniotwórczych powoduje, że próbka rozpada się wolniej. Miarą trwałości radionuklidu jest okres połowicznego rozpaduczas połowicznego rozpadu T1/2okres połowicznego rozpadu, inaczej czas półtrwania ($T_{\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.}$). Definiuje się go jako czas, po którym pozostaje połowa początkowej liczby jąder nuklidu i musi on spełniać zależność:

gdzie:

• $\mathrm{N}\left(\mathrm{t}\right)$ – liczba obiektów pozostałych po czasie t;

• ${\mathrm{N}}_0$ – początkowa liczba obiektów.

Czas półtrwania jest wielkością stałą i charakterystyczną dla danego pierwiastka, niezależną od ilości jąder promieniotwórczych. Dla poszczególnych izotopów czasy te są bardzo zróżnicowane, mogą wynosić ułamki sekund ($1·{10}^{-9} \text{s}$) aż do miliardów lat
($1·{10}^{11}$ lat).

Przykładowo nuklid polonu ${}^{210}\text{Po}$ charakteryzuje się czasem półtrwania, który wynosi $138$ dni. Oznacza to, że jeśli dwa ośrodki badawcze będą w posiadaniu próbek tego izotopu, w ilości $1\ \text g$ w pierwszym z nich oraz $\mathrm{0,5} \text{g}$ w drugim, to po upływie $138$ dni w pierwszym ośrodku pozostanie $\mathrm{0,5} \text{g}$, a w drugim $\mathrm{0,25} \text{g}$ radionuklidu polonu. Wykres zależności ilości radionuklidu polonu od czasu przedstawiono poniżej.

Ponadto substancje promieniotwórcze charakteryzują się również różnymi aktywnościami. Aktywność substancji promieniotwórczejaktywność substancji promieniotwórczejAktywność substancji promieniotwórczej stanowi liczbę rozpadów jąder atomowych danej próbki substancji promieniotwórczej w jednostce czasu. Jednostką aktywności substancji promieniotwórczej w układzie SI jest bekerel ($\text{Bq}$), $1\ \text{Bq}$ oznacza aktywność substancji, dla której rozpad promieniotwórczy następuje w ciągu jednej sekundy.

Istnieje szereg metod, które pozwalają naukowcom ustalić wiek ważnych przedmiotów. Jedną z nich jest datowanie radiowęglowe. Metoda ta pozwala na określenie wieku materiałów pochodzenia naturalnego na podstawie zawartości w nich promieniotwórczego izotopu węgla ${}^{14}\mathrm{C}$. Izotop ten tworzy się w wyższych warstwach atmosfery z azotu. Tak powstały radioaktywny ${}^{14}\mathrm{C}$ utlenia się do ${\mathrm{CO}}_2$ i w takiej postaci jest absorbowany przez organizmy żywe. Stężenie tego radioizotopu w roślinach i zwierzętach jest stałe oraz odpowiada stężeniu w atmosferze. Zatrzymanie pochłaniania izotopu następuje w momencie śmierci organizmu, wtedy też rozpoczyna się stały i powolny rozkład jego zasobów.

Równania reakcji jądrowych, w wyniku których powstają jądra izotopu ${}^{14}\mathrm{C}$:

Równanie rozpadu jądra izotopu ${}^{14}\mathrm{C}$ (przemiana $\beta^-$):

Okres półtrwania węgla ${}^{14}\mathrm{C}$ wynosi około $5730$ lat. Na podstawie pomiaru zawartości izotopu, jaka pozostała w próbce, można wyznaczyć wiek znaleziska archeologicznego. W taki sposób został określony wiek Całunu Turyńskiego, sarkofagów egipskich z epoki Starego Państwa czy papirusów znad Morza Martwego. Metoda ta ma pewne ograniczenia, dotyczące materiałów starszych niż $50$ tys. lat. Wówczas zawartość promieniotwórczych izotopów jest na tyle niska, że określenie wieku próbki obarczone jest zbyt dużym błędem pomiarowym. Ponadto datowanie radiowęglowe wymaga wyjątkowej precyzji, ponieważ koncentracja izotopu węgla ${}^{14}\mathrm{C}$ wynosi zaledwie ${10}^{-10}\%$. Istotny wpływ na dokładność pomiaru przeprowadzonego tą metodą ma również cały proces pomiarowy, na który składają się – usuwanie zanieczyszczeń organicznych obcego pochodzenia, spalanie próbki i oczyszczanie tak otrzymanego ${\text{CO}}_2$, pomiar zawartości izotopu ${}^{14}\mathrm{C}$, analiza statystyczna danych pomiarowych oraz wyznaczenie wieku próbki i widełek błędu pomiarowego.

Słownik

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Chemia ogólna i nieorganiczna, Gdynia 2005.

Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J.,To jest chemia, Warszawa 2013.