ครึ่งชีวิตของการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีสามารถเปลี่ยนแปลงได้หรือไม่

ครึ่งชีวิตของการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีสามารถเปลี่ยนแปลงได้. การสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสอะตอมที่ไม่เสถียรเปลี่ยนแปลงไปเป็นสถานะพลังงานต่ำตามธรรมชาติและคายรังสีออกมาเล็กน้อย. กระบวนการนี้เปลี่ยนอะตอมเป็นองค์ประกอบอื่นหรือไอโซโทปอื่น. เนื่องจากการสลายกัมมันตภาพรังสีเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเอง, คุณอาจคิดว่าครึ่งชีวิตของกระบวนการสลายตัวได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยอิทธิพลจากภายนอก. อย่างไรก็ตาม, ข้อความนี้ไม่เป็นความจริงอย่างสมบูรณ์.

ต้องใช้เวลานานแค่ไหนในการปรับตัวให้เข้ากับความมืดมิด, เป็นที่น่าสังเกตว่าเวลาที่อะตอมกัมมันตภาพรังสีแต่ละอะตอมสลายตัวนั้นเป็นแบบสุ่มโดยสมบูรณ์. ไม่สามารถคาดเดาได้ว่าอะตอมกัมมันตรังสีแต่ละอะตอมจะสลายตัวเมื่อใด. ครึ่งชีวิตของอะตอมบางประเภทไม่ได้อธิบายระยะเวลาที่แน่นอนที่อะตอมทุกอะตอมต้องเผชิญก่อนที่จะสลายตัว. ค่อนข้าง, ครึ่งชีวิตอธิบายระยะเวลาเฉลี่ยที่ใช้สำหรับปริมาณจำนวนมากเพื่อไปถึงจุดที่อะตอมครึ่งหนึ่งสลายตัว.

ครึ่งชีวิตของสารกัมมันตภาพรังสีสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้เอฟเฟกต์การขยายเวลา. ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ, เวลาสามารถช้าลงได้. ทุกสิ่งที่ประสบกับเวลาจึงสามารถมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นได้หากขยายเวลา. ซึ่งสามารถทำได้สองวิธี. การเดินทางด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงทำให้เวลาช้าลงอย่างมาก, สัมพันธ์กับผู้สังเกตการณ์ที่อยู่นิ่ง. ตัวอย่างเช่น, อะตอมกัมมันตภาพรังสีจำนวนหนึ่งที่ถูกยิงผ่านท่อด้วยความเร็วสูงในห้องแล็บจะมีครึ่งชีวิตยาวนานขึ้นเมื่อเทียบกับห้องปฏิบัติการเนื่องจากการขยายเวลา. ผลกระทบนี้ได้รับการตรวจสอบหลายครั้งโดยใช้เครื่องเร่งอนุภาค. เวลายังสามารถขยายได้โดยใช้สนามโน้มถ่วงที่รุนแรงมาก. ตัวอย่างเช่น, การวางอะตอมกัมมันตภาพรังสีจำนวนหนึ่งไว้ใกล้หลุมดำจะยืดอายุครึ่งชีวิตของพวกมันเมื่อเทียบกับผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างไกลเนื่องจากการขยายเวลา.

ครึ่งชีวิตของการสลายกัมมันตภาพรังสีสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนสถานะของอิเล็กตรอนที่อยู่รอบนิวเคลียส. ในการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีชนิดหนึ่งที่เรียกว่า “การจับอิเล็กตรอน”, นิวเคลียสดูดซับอิเล็กตรอนตัวหนึ่งของอะตอมและรวมเข้ากับโปรตอนเพื่อสร้างนิวตรอนและนิวตริโน. ยิ่งฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอนของอะตอมซ้อนทับกับนิวเคลียสมากเท่าไร, นิวเคลียสสามารถจับอิเล็กตรอนได้มากขึ้นเท่านั้น. ดังนั้น, ครึ่งชีวิตของโหมดการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีที่จับอิเล็กตรอนนั้นขึ้นอยู่กับสถานะอิเล็กตรอนของอะตอมเล็กน้อย. โดยการกระตุ้นหรือเปลี่ยนรูปอิเล็กตรอนของอะตอมให้อยู่ในสถานะที่ทับซ้อนกับนิวเคลียสน้อยลง, ครึ่งชีวิตสามารถลดลงได้. เนื่องจากพันธะเคมีระหว่างอะตอมเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูปของฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอนของอะตอม, ครึ่งชีวิตของอะตอมอาจขึ้นอยู่กับว่าอะตอมมีพันธะกับอะตอมอื่นอย่างไร. เพียงแค่เปลี่ยนอะตอมข้างเคียงที่ถูกพันธะกับไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี, เราสามารถเปลี่ยนครึ่งชีวิตของมันได้. อย่างไรก็ตาม, การเปลี่ยนแปลงครึ่งชีวิตที่ทำได้ในลักษณะนี้มักมีขนาดเล็ก. ตัวอย่างเช่น, การศึกษาดำเนินการโดย B. Wang et al และตีพิมพ์ใน European Physical Journal A สามารถวัดได้ว่ามีการจับอิเล็กตรอนครึ่งชีวิตของเบริลเลียม-7 0.9% อีกต่อไปโดยการล้อมรอบอะตอมของเบริลเลียมด้วยอะตอมของแพลเลเดียม.

นอกจากการเปลี่ยนแปลงพันธะเคมีแล้ว, ครึ่งชีวิตสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการกำจัดอิเล็กตรอนออกจากอะตอม. ในขอบเขตสูงสุดของแนวทางนี้, อิเล็กตรอนทั้งหมดสามารถถูกฉีกออกจากอะตอมกัมมันตภาพรังสีได้. สำหรับไอออนดังกล่าว, ไม่มีอิเล็กตรอนให้จับอีกต่อไป, ดังนั้นครึ่งชีวิตของโหมดการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีที่จับอิเล็กตรอนจึงกลายเป็นอนันต์. ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีบางชนิดที่สามารถสลายตัวได้ผ่านโหมดการจับอิเล็กตรอนเท่านั้น (เช่น รูบิเดียม-83) สามารถทำให้ไม่สลายตัวได้โดยการฉีกอิเล็กตรอนทั้งหมดออก. การสลายกัมมันตภาพรังสีประเภทอื่นนอกเหนือจากการจับอิเล็กตรอน ยังพบว่าครึ่งชีวิตของการสลายนั้นขึ้นอยู่กับสถานะของอิเล็กตรอนที่อยู่รอบๆ, แต่เอฟเฟกต์จะน้อยลง. การเปลี่ยนแปลงครึ่งชีวิตเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมของอิเล็กตรอนโดยทั่วไปมีขนาดเล็กมาก, โดยทั่วไปจะน้อยกว่ามาก 1%.

ปัญหาคือว่า โรดอปซินไวต่อแสงมากจนเมื่ออยู่ในระดับแสงปกติ, ครึ่งชีวิตของสารกัมมันตภาพรังสีสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการทิ้งระเบิดด้วยรังสีพลังงานสูง. สิ่งนี้ไม่ควรเป็นเรื่องน่าประหลาดใจเนื่องจากการสลายกัมมันตภาพรังสีเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์, และกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์อื่นๆ ในเวลาเดียวกันกับที่การสลายตัวสามารถรบกวนมันได้. อย่างไรก็ตาม, ณ จุดนี้, คุณไม่มีการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีแบบสแตนด์อโลนจริงๆ. ค่อนข้าง, คุณมีซุปปฏิกิริยานิวเคลียร์, ดังนั้นแนวทางนี้อาจไม่นับว่าเป็นจริงๆ “การเปลี่ยนแปลงครึ่งชีวิต”.

เมื่อหนังสืออ้างอิงแสดงรายการค่าครึ่งชีวิตของวัสดุต่างๆ, จริงๆ แล้วพวกเขากำลังแสดงรายการครึ่งชีวิตของสสารเมื่ออะตอมอยู่นิ่ง, ในสถานะพื้นดิน, และในรูปแบบพันธะเคมีโดยเฉพาะ. โปรดทราบว่าการเปลี่ยนแปลงครึ่งชีวิตของวัสดุกัมมันตภาพรังสีส่วนใหญ่นั้นน้อยมาก. นอกจากนี้, การเปลี่ยนแปลงครึ่งชีวิตครั้งใหญ่จำเป็นต้องทำอย่างละเอียด, แพง, อุปกรณ์พลังงานสูง (เช่น. เครื่องเร่งอนุภาค, เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์, กับดักไอออน). ดังนั้น, นอกห้องปฏิบัติการเฉพาะทาง, เราสามารถพูดได้ว่าครึ่งชีวิตของการสลายกัมมันตภาพรังสีโดยประมาณที่ดีจะไม่เปลี่ยนแปลง. ตัวอย่างเช่น, การหาคู่ของคาร์บอนและการหาคู่เชิงรังสีทางธรณีวิทยานั้นแม่นยำมาก เพราะการสลายครึ่งชีวิตในธรรมชาตินั้นใกล้เคียงค่าคงที่มาก.

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