È possibile modificare l'emivita di decadimento di un materiale radioattivo

Domanda

L'emivita di decadimento di un materiale radioattivo può essere modificata. Il decadimento radioattivo si verifica quando un nucleo atomico instabile cambia spontaneamente in uno stato a bassa energia ed emette un po' di radiazione. Questo processo trasforma l'atomo in un elemento diverso o in un isotopo diverso. Poiché il decadimento radioattivo è un evento spontaneo, potresti pensare che l'emivita del processo di decadimento sia completamente fissa e non possa essere alterata da influenze esterne. tuttavia, questa affermazione non è completamente vera.

Prima di tutto, vale la pena sottolineare che il momento in cui un singolo atomo radioattivo decade è del tutto casuale. È impossibile prevedere quando un singolo atomo radioattivo decadrà. L'emivita di un certo tipo di atomo non descrive l'esatta quantità di tempo che ogni singolo atomo sperimenta prima di decadere. Piuttosto, il tempo di dimezzamento descrive il tempo medio impiegato da un grande gruppo di quantità per raggiungere il punto in cui metà degli atomi sono decaduti.

L'emivita di un materiale radioattivo può essere modificata utilizzando effetti di dilatazione del tempo. Secondo la relatività, il tempo stesso può essere rallentato. Tutto ciò che sperimenta il tempo può quindi avere una vita effettiva più lunga se il tempo è dilatato. Questo può essere fatto in due modi. Viaggiare a una velocità vicina a quella della luce fa sì che il tempo rallenti in modo significativo, rispetto all'osservatore fermo. Per esempio, un certo numero di atomi radioattivi lanciati attraverso un tubo ad alta velocità in laboratorio avranno la loro emivita allungata rispetto al laboratorio a causa della dilatazione del tempo. Questo effetto è stato verificato molte volte utilizzando acceleratori di particelle. Il tempo può anche essere dilatato applicando un campo gravitazionale molto forte. Per esempio, posizionare un gruppo di atomi radioattivi vicino a un buco nero estenderà anche la loro emivita rispetto all'osservatore distante a causa della dilatazione del tempo.

L'emivita del decadimento radioattivo può anche essere alterata cambiando lo stato degli elettroni che circondano il nucleo. In un tipo di decadimento radioattivo chiamato “cattura elettronica”, il nucleo assorbe uno degli elettroni dell'atomo e lo combina con un protone per formare un neutrone e un neutrino. Più le funzioni d'onda degli elettroni dell'atomo si sovrappongono al nucleo, più il nucleo è capace di catturare un elettrone. Perciò, l'emivita di una modalità di decadimento radioattivo a cattura di elettroni dipende leggermente dallo stato in cui si trovano gli elettroni dell'atomo. Eccitando o deformando gli elettroni dell'atomo in stati che si sovrappongono meno al nucleo, l'emivita può essere ridotta. Poiché il legame chimico tra gli atomi comporta la deformazione delle funzioni d'onda dell'elettrone atomico, l'emivita radioattiva di un atomo può dipendere da come è legato ad altri atomi. Semplicemente cambiando gli atomi vicini che sono legati a un isotopo radioattivo, possiamo cambiare la sua emivita. tuttavia, il cambiamento nell'emivita ottenuto in questo modo è tipicamente piccolo. Per esempio, uno studio condotto da B. Wang et al e pubblicato sull'European Physical Journal A è stato in grado di misurare che l'emivita di cattura elettronica del berillio-7 è stata effettuata 0.9% più a lungo circondando gli atomi di berillio con atomi di palladio.

Oltre ad alterare i legami chimici, l'emivita può essere alterata semplicemente rimuovendo gli elettroni dall'atomo. Nel limite estremo di questo approccio, tutti gli elettroni possono essere strappati via da un atomo radioattivo. Per un tale ione, non ci sono più elettroni disponibili per la cattura, e quindi l'emivita della modalità di decadimento radioattivo a cattura elettronica diventa infinita. Alcuni isotopi radioattivi che possono decadere solo tramite la modalità di cattura elettronica (come il rubidio-83) può essere fatto in modo che non decada mai strappando via tutti gli elettroni. È stato scoperto che anche altri tipi di decadimento radioattivo oltre alla cattura di elettroni hanno l'emivita di decadimento che dipende dallo stato degli elettroni circostanti, ma gli effetti sono minori. La variazione dell'emivita dovuta al cambiamento dell'ambiente elettronico è generalmente molto piccola, in genere molto meno di 1%.

È abbastanza caldo da sciogliere il cioccolato, il tempo di dimezzamento di un materiale radioattivo può essere modificato bombardandolo con radiazioni ad alta energia. Ciò non dovrebbe sorprendere poiché il decadimento radioattivo è una reazione nucleare, e indurre altre reazioni nucleari contemporaneamente al decadimento può interferire con esso. tuttavia, a questo punto, non hai davvero un decadimento radioattivo autonomo. Piuttosto, hai una zuppa di reazione nucleare, quindi questo approccio potrebbe non contare davvero come “cambiando l'emivita”.

Quando i libri di riferimento elencano i valori per l'emivita di vari materiali, stanno davvero elencando l'emivita del materiale quando i suoi atomi sono a riposo, nello stato fondamentale, e in una particolare configurazione di legame chimico. Si noti che la maggior parte delle modifiche all'emivita dei materiali radioattivi sono molto piccole. inoltre, grandi modifiche a un tempo di dimezzamento richiedono elaborati, costoso, apparecchiature ad alta energia (es. acceleratori di particelle, reattori nucleari, trappole ioniche). Perciò, al di fuori dei laboratori specializzati, possiamo dire che con buona approssimazione le emivite del decadimento radioattivo non cambiano. Per esempio, la datazione al carbonio e la datazione radiometrica geologica sono così accurate perché le emivite di decadimento in natura sono così vicine alla costante.

Credito:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2015/04/27/can-the-decay-half-life-of-a-radioactive-material-be-change/

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