Период полураспада: почему радиоактивность не исчезает за один срок

Период полураспада — это время, за которое распадается половина ядер данного радионуклида. Это статистическое свойство большого числа атомов. Нельзя сказать, в какой именно момент распадётся конкретное ядро, но для большой выборки закон работает очень точно.

Если начальная активность равна A0, то через время t: A(t) = A0 * 2^(-t/T1/2), где T1/2 — период полураспада. Через один период останется 50%, через два — 25%, через три — 12,5%. После семи периодов остаётся меньше 1% от начальной активности, но «меньше 1%» не означает абсолютный ноль.

Почему у одного элемента появляются другие

Радиоактивный распад часто превращает исходное ядро в другое ядро. Уран-238 начинает длинную цепочку, в которой встречаются торий, радий, радон, полоний, свинец и другие нуклиды. Поэтому материал с долгоживущим родоначальником может содержать дочерние продукты с совершенно другими периодами полураспада и типами излучения.

Откройте карточку U-238 и Rn-222: это части одной природной цепи, но измерять их нужно по-разному. Радон — газ, а его дочерние продукты быстро оседают на аэрозолях.

Радиоактивное равновесие

Если дочерний нуклид распадается гораздо быстрее родительского, его активность сначала растёт, а затем может приблизиться к активности родителя. Это называют вековым равновесием. Пример — система Cs-137 и Ba-137m: барий живёт минуты, а цезий — десятилетия.

Равновесие нарушается, если дочерний продукт химически отделить, газ удалить вентиляцией или образец недавно переработать. Поэтому спектр старого минерала и спектр очищенного материала могут отличаться, даже если исходный элемент один.

Физический и биологический периоды

Физический период описывает распад ядер. Биологический — выведение вещества из организма. Для внутренней дозы важен эффективный период, который учитывает оба процесса. Он не заменяет физический период в таблице изотопов.

При чтении статей смотрите, о чём именно идёт речь: об активности образца, мощности дозы возле него или дозе человека. Эти величины связаны, но не взаимозаменяемы.

Источники: NRC о радиоактивном распаде, CDC о периоде полураспада.