Relatie tussen radioactief verval en halveringstijd

Er zijn bepaalde natuurlijk voorkomende isotopen die onstabiel zijn vanwege de ongebalanceerde aantallen protonen en neutronen die ze in hun kern van atomen hebben. Daarom ondergaan deze isotopen, om stabiel te worden, een spontaan proces dat radioactief verval wordt genoemd. Het radioactieve verval zorgt ervoor dat een isotoop van een bepaald element wordt omgezet in een isotoop van een ander element. Het eindproduct van radioactief verval is echter altijd stabiel dan het oorspronkelijke isotoop. Het radioactieve verval van een bepaalde stof wordt gemeten met een speciale term die bekend staat als de halfwaardetijd. De tijd die een stof nodig heeft om de helft van haar oorspronkelijke massa te worden door radioactief verval, wordt gemeten als de halveringstijd van die stof. Dit is de relatie tussen radioactief verval en halveringstijd.

Key Areas Covered

1. Wat is radioactief verval
      - Definitie, mechanismen, voorbeelden
2. Wat is Half Life
      - Definitie, uitleg met voorbeelden
3. Wat is de relatie tussen radioactief verval en halveringstijd
      - Radioactief verval en halveringstijd

Sleutelbegrippen: halfwaardetijd, isotopen, neutronen, protonen, radioactief verval

Wat is radioactief verval

Radioactief verval is het proces waarbij onstabiele isotopen verval ondergaan door straling uit te zenden. Onstabiele isotopen zijn atomen met onstabiele kernen. Een atoom kan onstabiel worden door verschillende redenen, zoals de aanwezigheid van een hoog aantal protonen in de kernen of een hoog aantal neutronen in de kernen. Deze kernen ondergaan radioactief verval om stabiel te worden.

Als er teveel protonen en te veel neutronen zijn, zijn de atomen zwaar. Deze zware atomen zijn onstabiel. Daarom kunnen deze atomen radioactief verval ondergaan. Andere atomen kunnen ook radioactief verval ondergaan volgens hun neutron: proton-ratio. Als deze verhouding te hoog is, is deze neutronenrijk en onstabiel. Als de verhouding te laag is, dan is het een protonenrijk atoom en is het onstabiel. Het radioactief verval van stoffen kan op drie belangrijke manieren voorkomen.

• Alfa-emissie / verval
• Beta-emissie / verval
• Gamma-emissie / verval

Alpha-emissie

Een alfadeeltje is identiek aan een heliumatoom. Het is samengesteld uit 2 protonen en 2 neutronen. Alpha deeltje draagt ​​een +2 elektrische lading omdat er geen elektronen zijn om de positieve ladingen van 2 protonen te neutraliseren. Alfa-verval zorgt ervoor dat de isotopen 2 protonen en 2 neutronen kwijtraken. Daarom is het atoomnummer van een radioactieve isotoop met 2 eenheden verlaagd en de atomaire massa van 4 eenheden. Zware elementen zoals Uranium kunnen een alfa-emissie ondergaan.

Beta-emissie

Tijdens het proces van bèta-emissie (β) wordt een bètadeeltje uitgezonden. Volgens de elektrische lading van het betadeeltje kan het een positief geladen betadeeltje of een negatief geladen betadeeltje zijn. Als het β is^- emissie, dan is het geëmitteerde deeltje een elektron. Als het β + -emissie is, is het deeltje een positron. Een positron is een deeltje met dezelfde eigenschappen als een elektron, behalve de lading ervan. De lading van het positron is positief, terwijl de lading van het elektron negatief is. In de bèta-emissie wordt een neutron omgezet in een proton en een elektron (of een positron). Daarom zou de atomaire massa niet worden veranderd, maar het atoomnummer wordt met één eenheid verhoogd.

Gamma-emissie

Gammastraling is niet fijnstof. Gamma-emissies veranderen daarom ook niet het atoomnummer of de atomaire massa van een atoom. Gammastraling bestaat uit fotonen. Deze fotonen hebben alleen energie. Daarom zorgt gamma-emissie ervoor dat de isotopen hun energie vrijgeven.

Figuur 1: Radioactief verval van Uranium-235

Uranium-235 is een radioactief element dat van nature wordt aangetroffen. Het kan onder alle omstandigheden drie soorten radioactief verval ondergaan.

Wat is Half Life

De halfwaardetijd van een stof is de tijd die deze stof nodig heeft om de helft van zijn oorspronkelijke massa of concentratie te worden door radioactief verval. Deze term krijgt het symbool t_1/2. De term halfwaardetijd wordt gebruikt omdat het niet mogelijk is te voorspellen wanneer een individueel atoom kan vervallen. Maar het is mogelijk om de tijd die nodig is om de helft van de kernen van een radioactief element te meten, te meten.

De halfwaardetijd kan een maat zijn voor zowel het aantal kernen als de concentratie. Verschillende isotopen hebben verschillende halfwaardetijden. Daarom kunnen we door de halveringstijd te meten de aanwezigheid of afwezigheid van een bepaalde isotoop voorspellen. De halfwaardetijd is onafhankelijk van de fysieke toestand van de stof, temperatuur, druk of enige andere invloed van buitenaf.

De halfwaardetijd van een stof kan worden bepaald met behulp van de volgende vergelijking.

ln(N_t / N_O) = Kt

waar,

N_t is de massa van de substantie na de tijd

N_O is de initiële massa van de stof

K is de vervalconstante

t is de tijd die in beschouwing wordt genomen

Figuur 02: Een curve van
Radioactief verval

De bovenstaande afbeelding toont een curve van radioactief verval voor een stof. De tijd wordt gemeten in jaren. Volgens die grafiek is de tijd die de stof nodig heeft om 50% te worden van de oorspronkelijke massa (100%) één jaar. De 100% wordt na twee jaar 25% (een vierde van de oorspronkelijke massa). Daarom is de halfwaardetijd van die stof één jaar.

100% → 50% → 25% → 12.5% ​​→ →   →

             (1^st halfwaardetijd) (2^nd Half-Leven 3^rd halve leven)

De bovenstaande grafiek heeft de details uit de grafiek samengevat.

Relatie tussen radioactief verval en halveringstijd

Er is een directe relatie tussen radioactief verval en de halveringstijd van een radioactieve stof. De snelheid van radioactief verval wordt gemeten in halfwaardelijke equivalenten. Uit de bovenstaande vergelijking kunnen we een andere belangrijke vergelijking afleiden voor de berekening van de snelheid van radioactief verval.

ln (N_t / N_O) = Kt

omdat de massa (of het aantal kernen) de helft is van de beginwaarde na een halfwaardetijd,

N_t = N_O/ 2

Dan,

ln (N-_O/ 2 / N_O) = Kt_1/2

ln (1/2 / 1) = kt_1/2

ln (2) = kt_1/2

daarom,

t_1/2   = Ln2 / k

De waarde van ln2 is 0.693. Dan,

t_1/2   = 0.693 / k

Hier, t_1/2 is de halfwaardetijd van een stof en k is de radioactieve vervalconstante. De hierboven afgeleide expressie vertelt dat zeer radioactieve stoffen snel worden uitgegeven en dat de zwak radioactieve stoffen een langere tijd nodig hebben om volledig te vervallen. Daarom duidt een lange halfwaardetijd op snel radioactief verval, terwijl een korte halfwaardetijd een langzame radioactieve dag aangeeft. De halfwaardetijd van sommige stoffen kan niet worden vastgesteld, omdat het miljoenen jaren kan duren om radioactief verval te ondergaan.

Conclusie

Radioactief verval is het proces waarbij onstabiele isotopen verval ondergaan door straling uit te zenden. Er is een directe relatie tussen het radioactief verval van een stof en de halfwaardetijd sinds de snelheid van het radioactief verval wordt gemeten door de equivalenten van de halveringstijd.

Referenties:

1. "Halfwaardetijd van radioactief verval - grenzeloos open leerboek." Grenzeloos. 26 mei 2016. Web. Beschikbaar Hier. 1 aug. 2017. 
2. "Het proces van natuurlijk radioactief verval". Dummies. N.p., n.d. Web. Beschikbaar Hier. 1 aug. 2017. 

Afbeelding met dank aan:

1. "Radioactief verval" door Kurt Rosenkrantz uit PDF. (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia