نیمه‌عمر ماده رادیواکتیو

آیا تا به حال پاپ کورن در مایکروویو درست کرده اید؟ اگر چنین است، وقتی پاپ کورن در مایکروویو است، چه چیزی می شنوید؟

مانند یک دانه باز نشده در مایکروویو، یک اتم رادیواکتیو می تواند در هر زمان تغییر کند. اتم های رادیواکتیو با انتشار تابش به شکل ذرات ریز و/یا انرژی تغییر می کنند. این فرآیند که واپاشی نام دارد باعث می شود اتم رادیواکتیو به یک اتم پایدار تبدیل شود.

هسته اتم‌های یك ماده رادیواكتیو، در حال پرتوزایی هستند و مدتی طول می‌كشد تا تمام هسته‌های آن به هسته‌های پایدار تبدیل شوند. هرچه زمان می‌گذرد، تعداد هسته‌هایی كه قدرت واپاشی دارند، كمتر می‌شود. به مدت زمانی كه نیمی از هسته‌های پرتوزای یك ماده پرتوزا، واپاشیده می‌شوند، نیمه عمر می‌گویند.

باید دقت شود كه نیمه عمر، به معنی نصف شدن عمر نیست و به معنی از بین رفتن نصف ماده رادیواكتیو هم نیست، بلكه به این معنی است كه بعد از گذشت آن زمان، فقط نصف هسته‌های ماده پرتوزای مورد نظر توانایی واپاشی دارند. به عنوان مثال اگر نیم عمر یك ماده پرتوزا ۱ دقیقه و تعداد هسته‌های آن ماده را ۱۰۰۰ عدد در نظر بگیریم، بعد از گذشت ۱ دقیقه، ۵۰۰ عدد از هسته‌های آن ماده واپاشیده می‌شوند و ۵۰۰ هسته باقی می‌مانند.

یکی از مهم ترین کمیت های مواد پرتوزا، نیم عمر آنها می ‌باشد..

کاربرد نیمه عمر

برای تعیین عمر اشیا قدیمی، فسیل های انسانی، فسیل های جانوران و … از کمیت نیم عمر استفاده می کنند. در فرآیندی به نام تاریخ سنجی ، دانشمندان نسبت اتم‌های رادیواکتیو را در یک جسم اندازه‌گیری می‌کنند تا سن آن را تعیین کنند. کربن 14یک ایزوتوپ مفید است زیرا در چوب، خاکستر، استخوان و هر ماده آلی دیگر یافت می شود.

شبیه ساز به شما امکان می دهد تا تجزیه یک ماده رادیواکتیو را مشاهده و اندازه گیری کنید. مطمئن شوید که صدا روشن است و روی Play کلیک کنید.

1.چه می بینید و چه می شنوید؟

توجه: صدای کلیکی که می شنوید از یک شمارنده گایگر می آید، ابزاری که ذرات و انرژی ساطع شده از اتم های رادیواکتیو در حال فروپاشی را تشخیص می دهد.

2.در پایان فرآیند فروپاشی چه چیزی باقی می ماند؟

3.آیا سرعت واپاشی در ابتدا، وسط یا پایان فرآیند سریع‌ترین است؟

فعالیت الف:

منحنی های واپاشی

شبیه ساز را آماده کنید:

روی بازنشانی کلیک کنید. مطمئن شوید که User نیمه عمر و واپاشی تصادفی را انتخاب کنید.

بررسی کنید که نیمه عمر 20 ثانیه و تعداد اتم ها 128 باشد.

سوال: چگونه سرعت واپاشی رادیواکتیو را اندازه گیری کنیم؟

توجه کنید: نمودار B میله ای را در سمت راست شبیه ساز انتخاب کنید و روی Play کلیک کنید.

1.با ادامه شبیه سازی، برای تعداد اتم های رادیواکتیو و اتم پایدار چه اتفاقی می افتد؟

2. آیا تعداد اتم‌های رادیواکتیو و اتم‌های پایدار با سرعت یکسانی در طول شبیه‌سازی تغییر می‌کنند؟

تفسیر: تنظیم نیمه عمر چگونه بر سرعت تجزیه ماده شبیه سازی شده تأثیر می گذارد؟

جمع آوری داده ها: روی بازنشانی کلیک کنید. نیمه عمر را به 10 ثانیه تغییر دهید و روی Play کلیک کنید. برگه جدول را انتخاب کنید و تعداد اتم های رادیواکتیو را در هر زمان مشخص در زیر ثبت کنید.

نکته: ایزوتوپ های مختلف یک عنصر دارای تعداد پروتون یکسان اما تعداد نوترون های مختلف در هسته هستند. برخی از ایزوتوپ ها رادیواکتیو هستند.

فعالیت ب:

چگونه نیمه عمر ایزوتوپ رادیواکتیو را پیدا کنیم؟

اندازه گیری نیمه عمر

شبیه ساز را آماده کنید.

روی بازنشانی کلیک کنید.

ایزوتوپ A را از منوی کشویی سمت چپ انتخاب کنید.

بررسی کنید که واپاشی نظری انتخاب شده باشد.

توجه کنید: تب نمودار را انتخاب کرده و روی Play کلیک کنید. بر اساس نمودار، تخمین شما از نیمه عمر ایزوتوپ A چیست؟

اندازه گیری: پروب نیمه عمر را روشن کنید. از کاوشگر برای اندازه گیری مدت زمان لازم برای واپاشی دقیقاً نیمی از اتم های رادیواکتیو اولیه استفاده کنید.

نیمه عمر دقیق ایزوتوپ A چقدر است؟

وقتی نیمه عمر را پیدا کردید، روی نماد دوربین (?) کلیک کنید. روی تصویر کلیک راست کرده و روی Copy کلیک کنید. سپس تصویر زیر را بچسبانید و هر تصویر را با نیمه عمر برچسب بزنید.

سوال:

می‌توانید از شبیه ساز برای مدل‌سازی فروپاشی کربن-14 استفاده کنید که نیمه عمر آن تقریباً 6000 سال است. در شبیه ساز، User را انتخاب می کند نیمه عمر و تئوری واپاشی. نیمه عمر را روی 6 ثانیه (برای نشان دادن 6000 سال) و تعداد اتم ها را روی 100 تنظیم کنید.

از شبیه ساز برای تخمین سن هر یک از اشیاء زیر استفاده کنید. برای این سوالات، هر ثانیه در شبیه ساز، نشان دهنده 1000 سال است.

1. پاپیروس مصری با 63 درصد اتم های کربن 14 اصلی خود
2. زغال چوب بومی با 22 درصد اتم کربن 14 اصلی خود
3. روسری مایاها با 79 درصد اتم کربن 14 اصلی خود
4. جمجمه نئاندرتال با 3 درصد از اتم های کربن 14 اصلی خود