Vreme poluraspada
Veličina izvan sistema · izražava se u sekundama SI · svojstvo nuklida
Godine 1900. Ernest Raderford je primetio da zračenje torijuma slabi s vremenom i — što više vredi — da ne slabi nasumice nego sasvim pravilno: svakog minuta gubilo je isti deo svoje pređašnje snage. Tako je nađena veličina koja ne zavisi ni od temperature, ni od pritiska, ni od hemijskog stanja materije — vreme za koje se raspadne polovina jezgara.
Njena je osobenost u tome što važi za mnoštvo, a ne za pojedinačno jezgro: jedan atom nema ni starost ni rok, a hoće li se raspasti u sledećoj sekundi ili će ležati još milion godina, ne može se predvideti ni načelno. Jezgara, međutim, obično ima mnogo — u gramu ih je reda deset na dvadeset prvi — i nad takvom gomilom slučaj postaje tačan zakon.
01 · Definicija
Vreme poluraspada je vreme za koje broj jezgara datog nuklida opadne na polovinu. Nedvosmisleno je vezano za konstantu raspada, koja daje verovatnoću da se jedno jezgro raspadne u jedinici vremena, i za srednje vreme života, koje je otprilike za polovinu duže od poluraspada.
Eksponencijalni zakon sledi iz jedne jedine pretpostavke: verovatnoća da se jezgro raspadne ne zavisi od toga koliko je već živelo. Jezgro ne stari, ne troši se i ne približava se nikakvom roku — u svakom trenutku spremno je da se raspadne isto kao u času svog nastanka, i zato udeo preživelih opada za isti činilac na jednakim odsečcima vremena.
Osobena nepokolebljivost ove veličine dolazi otuda što se raspad zbiva unutar jezgra, dokle hemija ne dopire. Toplota, pritisak, magnetno polje i vrsta jedinjenja ne deluju na poluraspad, i samo u retkim slučajevima, kada u raspadu učestvuju elektroni iz ljuske najbliže jezgru, uspeva se pomeriti ga za delove procenta.
Raspon vrednosti je golem kao ni kod jedne druge veličine u katalogu: od deset na minus dvadeset drugi sekunde kod jezgara koja se raspadaju pre nego što nukleoni stignu da obiđu jezgro, do više od dva kvadriliona godina kod telura-128, čiji poluraspad prevazilazi starost svemira sto hiljada milijardi puta. I sve to sluša jedan te isti zakon polovina.
Vodite vreme klizačem — broji se u poluraspadima, istim za sva četiri nuklida, dok ih natpisi prevode u stvarne sate, godine ili milenijume. Narandžasta kriva pokazuje udeo preživelih jezgara, plavi stepenici označavaju polovinu, četvrtinu i osminu, a stubić desno je ono što je ostalo od početnih sto atoma.
Poluraspad je svojstvo mnoštva, a ne pojedinačnog atoma: jezgro ne stari i u svakom trenutku ima istu verovatnoću raspada kao u prvoj sekundi svog postojanja. Zato se o jednom atomu ne može reći ništa određenije od verovatnoće, dok se o milijardi može reći gotovo sve, a rasipanje predviđanja opada kao koren iz njihovog broja.
02 · Pretvaranje
Poluraspad, konstanta, aktivnost
Unesite poluraspad u bilo kojim jedinicama, i list će ga prevesti u ostale, dati konstantu raspada i srednje vreme života, a potom pokazati kakvu aktivnost daje gram čistog nuklida i koliko će je ostati posle datog roka.
Maseni broj za računanje specifične aktivnosti uzima se iz nuklida izabranog u interaktivnom delu; u finijim podešavanjima lista može se preći na usvojenu stotinu.
Kratak poluraspad znači visoku aktivnost, a ne bezopasnost: što se nuklid brže raspada, to više raspada pada na sekundu, i gram tehnecijuma-99m svetli desetine miliona puta jače od grama uranijuma. Opasnost, dakle, ne određuje poluraspad sam, nego zajedno s njim vrsta zračenja, ono u čemu se nuklid nastani i put kojim ulazi u telo.
| Vrednost | Napomena | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Redovi veličina
logaritamska skala: pedeset četiri reda veličine04 · Merni instrumenti
Čime se meri ono što se ne može dočekati
Najprostiji način da se izmeri poluraspad jeste brojati klikove i gledati kako njihov tempo opada s vremenom. Valja za nuklide koji žive od minuta do nekoliko godina: na kraćem roku brojanje ne stigne da se skupi, na dužem se opadanje gubi u neizbežnom rasipanju očitavanja.
Poluprovodnički detektor od germanijuma razlikuje energije kvanata na hiljadite delove procenta i omogućava zato da se prati jedan nuklid u smeši desetak drugih. Širina same spektralne linije pak odaje poluraspad onih stanja koja žive kraće od nanosekunde: što je život kraći, to je nivo širi.
Kod dugoživećih nuklida čekanje na raspade nema smisla, i zato se atomi broje jedan po jedan, razvrstani po masi u magnetnom polju. Radiougljenično datiranje počiva upravo na tome: u uzorku se ne traži zračenje nego sama jezgra ugljenika-14, kojih ima jedno na bilion običnih.
Poluraspadi od triliona godina mere se tako što se uzmu tone materije i čeka godinu dana: nekoliko raspada ipak se dogodi. Da bi se razlikovali, uređaj se sakriva pod kilometar stene, okružuje starim olovom izvađenim iz potonulih brodova, i broje se događaji kojih ima dva mesečno.
05 · Pravila pisanja
Nuklid napred, jedinica za njim
Oznaka se piše velikim latiničnim slovom i donjim indeksom «jedna polovina», a maseni broj se stavlja gore levo uz simbol elementa ili iza njegovog imena sa crticom. Jedinica se uvek navodi i bira po veličini zgodna; mešati poluraspad sa srednjim vremenom života nije dopušteno — razlikuju se za činilac 1,443.
Prvi zapis ne valja odmah dvostruko: uranijum ima više izotopa sa različitim poluraspadima, a jedinica je izostavljena. Drugi izjednačava poluraspad sa srednjim vremenom života, dok je ovo drugo 1,443 puta duže. Treći pretpostavlja iscrpljenje koje eksponenta ne dopušta: posle dva poluraspada ostaje četvrtina. Četvrti pripisuje jednom atomu rok koji on nema.
06 · Susedne jedinice
Poluraspad stoji u istom redu sa veličinama koje opisuju isti raspad s drugih strana: sa aktivnošću merenom u bekerelima, sa konstantom raspada dimenzije recipročnog vremena i sa srednjim vremenom života. Dovoljno je znati bilo koju od njih — ostale slede činiocem.
raspada u sekundi
recipročne sekunde
duže za činilac 1,443
Od listova Simetrijuma pored stoje bekerel i kiri, kojima se meri sama aktivnost, grej i sivert za apsorbovanu i ekvivalentnu dozu, barn iz nuklearnih preseka i sekunda, u kojoj se poluraspad na kraju i izražava.
07 · Istorijski deo
Sat koji se ne može ni naviti ni zaustaviti
Raderford je našao da zračenje gasa koji torijum ispušta opada za isti činilac na jednakim razmacima, i uveo veličinu koju je isprva nazvao vremenom polovične pretvorbe. Bio je to prvi tok u prirodi čija se brzina nije mogla izmeniti baš ničim.
Kelvin je iz hlađenja Zemljine kugle izvodio starost od dvadeset do četrdeset miliona godina, a geolozima je taj rok očajnički nedostajao. Olovo nakupljeno u uranijumskim mineralima dalo je odmah milijarde — i objasnilo uz to zašto je Kelvinov račun bio osuđen: nije znao da se dubina greje sopstvenim raspadom.
Vilard Libi je shvatio da živo biće neprestano razmenjuje ugljenik sa okolinom i da posle smrti razmena prestaje, a sat kreće. Metoda je položila prvi ispit na drvetu iz egipatske grobnice čija je starost bila poznata iz natpisa, i odstupila je od nje svega za vek i po.
Skladišta istrošenog goriva projektuju se prema poluraspadima nuklida koje sadrže, a rokovi ispadaju takvi da zadatak prevazilazi inženjerstvo: kako ostaviti upozorenje ljudima čijeg jezika još nema. Finsko skladište u Onkalu računato je na sto hiljada godina — deset puta duže od cele pisane istorije.
Jedini sat koji se ne može doterati
Svaka sprava za merenje vremena može se izbaciti iz pogona: klatno iz takta izbacuje udarac, kvarc beži sa toplotom, čak i atomske satove treba ispravljati zbog gravitacije. Radioaktivni raspad stoji u ovom redu po strani, jer se zbiva unutar jezgra, dokle ne dopiru ni temperatura, ni pritisak, ni hemijska veza.
Takva nezavisnost ima i svoju naličju stranu, i neprijatnu. Pošto se tok ne može ubrzati, načelno je nemoguće učiniti otpad bezopasnim: može se samo sačekati, a čekanja prevazilaze vek svake države i svakog jezika. Jedinica koja u laboratoriji izgleda kao pogodnost pretvara se, u razmeri skladišta, u granicu s kojom se ne raspravlja.
Katalog · merne jedinice
List za svaku veličinu
Sedam osnovnih jedinica SI, dvadeset dve izvedene sa sopstvenim imenom i veličine van sistema, bez kojih ne bi radila ni tehnika ni kalendar.