Separuh hayat
Kuantiti di luar sistem · dinyatakan dalam saat SI · sifat nuklid
Pada tahun 1900 Ernest Rutherford perasan bahawa sinaran torium melemah dengan berlalunya masa dan — yang lebih berat lagi — melemah bukan sesuka hati melainkan dengan teratur sepenuhnya: setiap minit ia kehilangan bahagian yang sama daripada kekuatannya yang dahulu. Begitulah ditemui suatu kuantiti yang tidak bergantung kepada suhu, tidak kepada tekanan, dan tidak juga kepada keadaan kimia bahannya — masa yang padanya separuh nukleus mereput.
Keganjilannya terletak pada hakikat bahawa ia menyentuh kumpulan yang ramai, bukan satu nukleus: satu atom yang tunggal tiada usia mahupun tempoh, dan sama ada ia akan mereput pada saat berikutnya atau masih terbaring sejuta tahun lagi, tidak dapat diramal walaupun pada dasarnya. Namun nukleus lazimnya banyak — dalam satu gram ada pada tertib sepuluh kuasa dua puluh satu — dan di atas kumpulan sebegitu, kebetulan menjadi hukum yang jitu.
01 · Definisi
Separuh hayat ialah masa yang padanya bilangan nukleus sesuatu nuklid susut menjadi separuh. Ia terikat tanpa keraguan kepada pemalar reputan, yang memberi kebarangkalian satu nukleus mereput dalam satu unit masa, dan kepada hayat purata, yang lebih panjang daripada separuh hayat kira-kira separuhnya.
Hukum eksponen terbit daripada satu andaian sahaja: kebarangkalian sebuah nukleus mereput tidak bergantung kepada berapa lama ia sudah hidup. Nukleus tidak menjadi tua, tidak haus, dan tidak menghampiri sebarang tempoh — pada setiap detik ia sama sedianya untuk mereput seperti pada detik ia terjadi, dan kerana itu bahagian yang terselamat susut dengan pengganda yang sama pada penggal masa yang sama panjang.
Keteguhan ganjil kuantiti ini datang daripada hakikat bahawa reputan berlaku di dalam nukleus, tempat yang tidak dicapai kimia. Haba, tekanan, medan magnet dan jenis sebatian tidak bertindak pada separuh hayat, dan hanya dalam keadaan yang jarang, apabila elektron daripada petala terdekat dengan nukleus turut serta dalam reputan, barulah ia dapat dianjak sebanyak pecahan peratus.
Julat nilainya besar seperti tiada kuantiti lain dalam katalog ini: daripada sepuluh kuasa negatif dua puluh dua saat pada nukleus yang berkecai sebelum nukleon sempat mengelilingi nukleus, hinggalah lebih daripada dua kuadrilion tahun pada telurium-128, yang separuh hayatnya melebihi usia alam semesta seratus trilion kali. Dan kesemuanya itu menurut satu hukum separuh yang sama.
Bawalah masa dengan penggelongsor — ia dibilang dalam separuh hayat, sama bagi keempat-empat nuklid, sementara tulisannya menukarkannya kepada jam, tahun atau milenium yang sebenar. Lengkung jingga menunjukkan bahagian nukleus yang terselamat, anak tangga biru menandakan separuh, suku dan perlapan, dan batang di kanan ialah baki daripada seratus atom mula-mula.
Separuh hayat ialah sifat kumpulan yang ramai, bukan sifat atom yang tunggal: nukleus tidak menjadi tua dan pada setiap detik mempunyai kebarangkalian mereput yang sama seperti pada saat pertama kewujudannya. Kerana itu tentang satu atom tidak dapat dikatakan sesuatu yang lebih pasti daripada kebarangkalian, sedangkan tentang satu bilion dapat dikatakan hampir segalanya, dan taburan ramalan susut seperti punca kuasa dua bilangan mereka.
02 · Konversi
Separuh hayat, pemalar, keaktifan
Masukkan separuh hayat dalam unit mana sekalipun, dan kad ini akan menukarkannya kepada unit lain, memberi pemalar reputan dan hayat purata, lalu menunjukkan keaktifan yang diberi oleh satu gram nuklid tulen dan berapa yang tinggal selepas tempoh yang ditetapkan.
Nombor jisim bagi mengira keaktifan tentu diambil daripada nuklid yang dipilih pada bahagian interaktif; dalam tetapan halus kad ini boleh beralih kepada seratus yang dipersetujui.
Separuh hayat yang pendek bermakna keaktifan yang tinggi, bukan tidak berbahaya: semakin pantas sesuatu nuklid mereput, semakin banyak reputan yang jatuh pada satu saat, dan satu gram teknetium-99m bersinar berpuluh juta kali lebih terang daripada satu gram uranium. Maka bahaya tidak ditentukan oleh separuh hayat seorang diri, melainkan bersamanya oleh jenis sinaran, oleh tempat nuklid itu bersarang, dan oleh jalan yang dilaluinya masuk ke tubuh.
| Nilai | Catatan | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Orde besaran
skala logaritma: lima puluh empat tertib magnitud04 · Alat ukur
Dengan apa diukur yang tak termampu ditunggu
Cara paling ringkas mengukur separuh hayat ialah membilang bunyi detik dan melihat bagaimana kadarnya susut dengan masa. Cara itu sesuai bagi nuklid yang hidup dari minit hingga beberapa tahun: pada tempoh yang lebih pendek, bilangan tidak sempat terkumpul; pada yang lebih panjang, susutnya hilang dalam taburan bacaan yang tak dapat dielak.
Pengesan semikonduktor daripada germanium membezakan tenaga kuantum sehingga seperseribu peratus, dan kerana itu membolehkan satu nuklid diikuti dalam campuran sedozen yang lain. Manakala lebar garis spektrum itu sendiri membocorkan separuh hayat keadaan-keadaan yang hidup lebih pendek daripada satu nanosaat: semakin pendek hayatnya, semakin lebar arasnya.
Bagi nuklid yang panjang usianya, menunggu reputan tiada gunanya, dan kerana itu atom dibilang satu demi satu, diasingkan mengikut jisim dalam medan magnet. Penentuan usia radiokarbon berdiri tepat di atas perkara ini: dalam sampel yang dicari bukan sinarannya melainkan nukleus karbon-14 itu sendiri, yang hanya ada satu dalam setiap satu trilion nukleus biasa.
Separuh hayat sepanjang trilion tahun diukur dengan mengambil bertan-tan bahan lalu menunggu setahun: beberapa reputan tetap akan berlaku. Untuk membezakannya, radas disembunyikan di bawah satu kilometer batuan, dikelilingi plumbum lama yang diangkat daripada kapal karam, dan dibilanglah peristiwa yang hanya dua tiga dalam sebulan.
05 · Aturan penulisan
Nuklid dahulu, unit kemudian
Tandanya ditulis dengan huruf Latin besar dan subskrip «satu per dua», manakala nombor jisim diletakkan di kiri atas simbol unsur atau selepas namanya dengan sempang. Unit sentiasa dinyatakan dan dipilih yang selesa mengikut besarnya; mencampurkan separuh hayat dengan hayat purata tidak dibenarkan — kedua-duanya berbeza dengan pengganda 1.443.
Tulisan pertama gagal serentak dua kali: uranium mempunyai beberapa isotop dengan separuh hayat yang berlainan, dan unitnya pula tertinggal. Yang kedua menyamakan separuh hayat dengan hayat purata, sedangkan yang kemudian itu 1.443 kali lebih panjang. Yang ketiga mengandaikan kehabisan yang tidak dibenarkan oleh eksponen: selepas dua separuh hayat masih tinggal suku. Yang keempat meletakkan pada satu atom suatu tempoh yang tidak dimilikinya.
06 · Unit berjiran
Separuh hayat berdiri sebaris dengan kuantiti yang menggambarkan reputan yang sama dari sudut lain: keaktifan yang diukur dalam becquerel, pemalar reputan yang bermatra songsangan masa, dan hayat purata. Cukup mengetahui mana-mana satu daripadanya — yang lain menyusul dengan satu pengganda.
reputan sesaat
saat songsang
lebih panjang 1.443 kali
Di antara helaian-helaian Simetrium di sebelahnya terdapat becquerel dan curie, yang dipakai mengukur keaktifan itu sendiri, gray dan sievert bagi dos terserap dan dos setara, barn daripada keratan rentas nuklear dan sekon, yang akhirnya dipakai menyatakan separuh hayat.
07 · Bagian sejarah
Jam yang tak dapat dikunci mahupun dihentikan
Rutherford mendapati bahawa sinaran gas yang dilepaskan torium susut dengan pengganda yang sama pada selang yang sama, lalu memperkenalkan satu kuantiti yang mula-mula disebutnya masa separuh perubahan. Inilah proses pertama di alam yang kadarnya tidak dapat diubah oleh apa jua pun.
Kelvin daripada penyejukan bola Bumi menerbitkan usia dua puluh hingga empat puluh juta tahun, dan bagi ahli geologi tempoh itu terlalu pendek sehingga mendukacitakan. Plumbum yang terkumpul dalam mineral uranium terus memberi berbilion — dan sekali gus menjelaskan mengapa kiraan Kelvin memang tertakdir kalah: dia tidak tahu bahawa kedalaman memanas oleh reputannya sendiri.
Willard Libby memahami bahawa makhluk hidup sentiasa bertukar karbon dengan sekelilingnya, dan bahawa selepas mati pertukaran itu terhenti lalu jam mula berjalan. Kaedah itu lulus ujian pertamanya pada kayu dari sebuah makam Mesir yang usianya diketahui daripada inskripsi, dan menyimpang daripadanya hanya satu setengah abad.
Stor bahan api terpakai direka mengikut separuh hayat nuklid yang terkandung di dalamnya, dan tempoh yang terhasil sedemikian rupa sehingga tugas itu melangkaui kejuruteraan: bagaimana meninggalkan amaran bagi manusia yang bahasanya belum wujud. Stor Finland di Onkalo dikira untuk seratus ribu tahun — sepuluh kali lebih panjang daripada seluruh sejarah bertulis.
Satu-satunya jam yang tak boleh dilaras
Setiap alat pengukur masa boleh dilumpuhkan: bandul terpesong daripada rentaknya oleh satu hentakan, kuarza hanyut dengan haba, malah jam atom pun perlu dibetulkan kerana graviti. Reputan radioaktif berdiri terasing dalam barisan ini, kerana ia berlaku di dalam nukleus, tempat yang tidak dicapai oleh suhu, tekanan mahupun ikatan kimia.
Kebebasan sebegitu ada sisi baliknya juga, dan sisi yang tidak menyenangkan. Oleh sebab prosesnya tidak dapat dipercepat, menjadikan sisa buangan tidak berbahaya adalah mustahil pada dasarnya: ia hanya boleh ditunggu sehingga berlalu, dan penantian itu melangkaui usia setiap negara dan setiap bahasa. Suatu unit yang di makmal kelihatan sebagai kemudahan, pada skala stor bertukar menjadi had yang tidak boleh dipertikaikan.
Katalog · satuan ukuran
Satu lembar untuk tiap besaran
Tujuh unit asas SI, dua puluh dua unit terbitan bernama sendiri, dan kuantiti di luar sistem yang tanpanya teknik mahupun kalendar tidak akan berjalan.