Період напіврозпаду урану: основні характеристики і застосування

Вивчаючи явище радіоактивності, кожен учений звертається до такої найважливішої його характеристиці як період напіврозпаду. Як відомо, закон радіоактивного розпаду свідчить, що кожну секунду в світі відбувається розпад атомів, при цьому кількісна характеристика цих процесів безпосередньо пов`язана з кількістю наявних атомів. Якщо за певний період часу відбудеться розпад половини від усього наявної кількості атомів, то розпад frac12- від залишилися атомів потребують такої ж кількості часу. Саме цей часовий проміжок і називається періодом напіврозпаду. У різних елементів він різний - від тисячних часток мілісекунди до мільярдів років, як, наприклад, у випадку, коли мова йде про період напіврозпаду урану.

Уран, як найважчий з усіх існуючих в природному стані елементів на Землі, є взагалі найпрекраснішим об`єктом для вивчення процесу радіоактивності. Цей елемент був відкритий ще в 1789 році німецьким вченим М. Клапротом, який дав йому назву на честь недавно відкритої планети Уран. Те, що уран радіоактивний, було абсолютно випадково встановлено в кінці XIX століття французьким хіміком А. Беккерелем.

Період напіврозпаду урану розраховується за тією ж формулою, що і аналогічні періоди інших радіоактивних елементів:

T_ {1/2} = au ln 2 = frac {ln 2} {lambda},

де «au» - середній час існування атома, «lambda» - основна постійна розпаду. Так як ln 2 дорівнює приблизно 0,7, то період напіврозпаду лише на 30% коротше в середньому, ніж загальний час життя атома.

Незважаючи на те, що на сьогоднішній день вченим відомо 14 ізотопів урану, в природі їх зустрічаються тільки три: уран-234, уран-235 і уран-238. Період напіврозпаду урану різний: так для U-234 він складає «всього» 270 тисяч років, а період напіврозпаду урану-238 перевищує 4,5 мільярда. Період напіврозпаду урану-235 знаходиться в «золотій середині» - 710 мільйонів років.

Варто відзначити, що радіоактивність урану в природних умовах досить висока і дозволяє, наприклад, засвітити фотопластинки протягом всього лише години. У той же час варто відзначити, що в з усіх ізотопів урану тільки U-235 придатний для виготовлення начинки для ядерної бомби. Вся справа в тому, що період напіврозпаду урану-235 в промислових умовах менш інтенсивний, ніж його «побратимів», тому й вихід непотрібних нейтронів тут мінімальний.

Період напіврозпаду урану-238 значно перевищує 4 мільярди років, однак і він зараз активно використовується в атомній промисловості. Так, як для того, щоб запустити ланцюгову реакцію по діленню важких ядер цього елемента, необхідно значну кількість енергії нейтронів. Уран-238 використовують в якості захисту в апаратах поділу і синтезу. Однак більша частина видобутого урану-238 використовується для синтезу плутонію, застосовуваного в ядерній зброї.

Тривалість періоду напіврозпаду урану вчені використовують для того, щоб розрахувати вік окремих мінералів і небесних тіл в цілому. Уранові годинник представляють собою досить універсальний механізм для подібного роду розрахунків. У той же час, щоб вік був розрахований більш-менш точно, необхідно знати не тільки кількість урану в тих чи інших породах, але і співвідношення урану і свинцю як кінцевого продукту, в який перетворюються ядра урану.

Є ще один спосіб розрахунку порід та мінералів, він пов`язаний з так званим спонтанним діленням ядер урану. Як відомо, в результаті спонтанного розподілу урану в природних умовах його частинки з колосальною силою бомбардують поруч знаходяться речовини, залишаючи за собою особливі сліди - треки.

Саме за кількістю цих треків, знаючи при цьому період напіврозпаду урану, вчені і роблять висновок про вік того чи іншого твердого тіла - будь то давня порода або відносно «молода» ваза. Вся справа в тому, що вік об`єкта прямо пропорційний кількісним показником атомів урану, ядра якого бомбардували його.