Kan de vervalhalfwaardetijd van een radioactief materiaal worden veranderd

De vervalhalfwaardetijd van een radioactief materiaal kan worden gewijzigd. Radioactief verval vindt plaats wanneer een onstabiele atoomkern spontaan overgaat in een lagere energietoestand en een beetje straling uitspuugt. Dit proces verandert het atoom in een ander element of een andere isotoop. Omdat radioactief verval een spontane gebeurtenis is, je zou kunnen denken dat de halfwaardetijd van het vervalproces volledig vastligt en niet kan worden veranderd door invloeden van buitenaf. Echter, deze bewering is niet helemaal waar.

Allereerst, het is de moeite waard erop te wijzen dat het tijdstip waarop een individueel radioactief atoom vervalt, volledig willekeurig is. Het is onmogelijk te voorspellen wanneer een individueel radioactief atoom zal vervallen. De halfwaardetijd van een bepaald type atoom beschrijft niet de exacte hoeveelheid tijd die elk afzonderlijk atoom doormaakt voordat het vervalt. Liever, de halfwaardetijd beschrijft de gemiddelde hoeveelheid tijd die een grote groep hoeveelheden nodig heeft om het punt te bereiken waarop de helft van de atomen is vervallen.

De halfwaardetijd van een radioactief materiaal kan worden gewijzigd met behulp van tijddilatatie-effecten. Volgens relativiteit, de tijd zelf kan worden vertraagd. Alles wat tijd ervaart, kan dus een langere effectieve levensduur krijgen als de tijd wordt uitgezet. Dit kan op twee manieren. Reizen met een snelheid die dicht bij de lichtsnelheid ligt, zorgt ervoor dat de tijd aanzienlijk vertraagt, ten opzichte van de stationaire waarnemer. Bijvoorbeeld, een aantal radioactieve atomen die met hoge snelheid door een buis in het lab worden geschoten, hebben een langere halfwaardetijd ten opzichte van het lab vanwege tijdsdilatatie. Dit effect is vele malen geverifieerd met behulp van deeltjesversnellers. De tijd kan ook worden verlengd door een zeer sterk zwaartekrachtveld toe te passen. Bijvoorbeeld, het plaatsen van een stel radioactieve atomen in de buurt van een zwart gat zal ook hun halfwaardetijd ten opzichte van de verre waarnemer verlengen vanwege tijdsdilatatie.

De halfwaardetijd van radioactief verval kan ook worden gewijzigd door de toestand van de elektronen rond de kern te veranderen. In een soort radioactief verval genaamd “elektronen vangen”, de kern absorbeert een van de elektronen van het atoom en combineert het met een proton om een ​​neutron en een neutrino te maken. Hoe meer de golffuncties van de elektronen van het atoom de kern overlappen, hoe beter de kern in staat is een elektron te vangen. daarom, de halfwaardetijd van een radioactieve vervalmodus met elektronenvangst hangt enigszins af van de toestand waarin de elektronen van het atoom zich bevinden. Door de elektronen van het atoom op te wekken of te vervormen tot toestanden die minder overlappen met de kern, de halfwaardetijd kan worden verminderd. Omdat de chemische binding tussen atomen de vervorming van atomaire elektronengolffuncties inhoudt, de radioactieve halfwaardetijd van een atoom kan afhangen van hoe het is gebonden aan andere atomen. Simpelweg door de naburige atomen te veranderen die gebonden zijn aan een radioactieve isotoop, we kunnen de halfwaardetijd veranderen. Echter, de verandering in de halfwaardetijd die op deze manier wordt bereikt, is doorgaans klein. Bijvoorbeeld, een onderzoek uitgevoerd door B. Wang et al en gepubliceerd in het European Physical Journal A konden meten dat de elektronenvangsthalfwaardetijd van beryllium-7 werd gemaakt 0.9% langer door de berylliumatomen te omringen met palladiumatomen.

Naast het veranderen van de chemische bindingen, de halfwaardetijd kan worden gewijzigd door simpelweg elektronen uit het atoom te verwijderen. In de uiterste grens van deze benadering, alle elektronen kunnen van een radioactief atoom worden afgerukt. Voor zo'n ion, er zijn geen elektronen meer beschikbaar om op te vangen, en daarom wordt de halfwaardetijd van de radioactieve vervalmodus voor elektronenvangst oneindig. Bepaalde radioactieve isotopen die alleen kunnen vervallen via de elektronenvangstmodus (zoals rubidium-83) kan worden gemaakt om nooit te vervallen door alle elektronen eraf te scheuren. Naast elektronenvangst is ook gevonden dat andere soorten radioactief verval de halfwaardetijd van het verval afhangen van de toestand van de omringende elektronen, maar de effecten zijn kleiner. De verandering in halfwaardetijd als gevolg van het veranderen van de elektronenomgeving is over het algemeen erg klein, meestal veel minder dan 1%.

als laatste, de halfwaardetijd van een radioactief materiaal kan worden veranderd door het te bombarderen met hoogenergetische straling. Dit zou geen verrassing moeten zijn, aangezien radioactief verval een nucleaire reactie is, en het induceren van andere kernreacties op hetzelfde moment als het verval kan dit verstoren. Echter, op dit punt, je hebt niet echt een op zichzelf staand radioactief verval. Liever, je hebt kernreactiesoep, dus deze benadering telt misschien niet echt als “de halfwaardetijd veranderen”.

Wanneer naslagwerken waarden vermelden voor de halfwaardetijd van verschillende materialen, ze geven echt een lijst van de halfwaardetijd van het materiaal wanneer de atomen in rust zijn, in de grondtoestand, en in een bepaalde chemische bindingsconfiguratie. Merk op dat de meeste veranderingen in de halfwaardetijd van radioactieve stoffen erg klein zijn. voorts, grote veranderingen in een halfwaardetijd vereisen uitgebreide uitwerking, duur, hoogenergetische apparatuur (bv. deeltjesversnellers, kernreactor, ionenvallen). daarom, buiten gespecialiseerde laboratoria, we kunnen zeggen dat als een goede benadering de halfwaardetijden van radioactief verval niet veranderen. Bijvoorbeeld, koolstofdatering en geologische radiometrische datering zijn zo nauwkeurig omdat de halfwaardetijden van verval in de natuur zo dicht bij constant zijn.

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