O que é Meia-Vida Radioativa – Meia-Vida Física – Definição

Um dos termos mais úteis para estimar a rapidez com que um nuclídeo decai é a meia-vida radioativa (t1 / 2). A meia-vida é definida como a quantidade de tempo que um determinado isótopo leva para perder metade de sua radioatividade. Dosimetria de Radiação

meias-vidas de mesaUm dos termos mais úteis para estimar a rapidez com que um nuclídeo se deteriora é a meia-vida radioativa ( 1/2 ). A meia-vida é definida como a quantidade de tempo que um determinado isótopo leva para perder metade de sua radioatividade. Como foi escrito, o decaimento radioativo é um processo aleatório no nível de átomos únicos, pois, segundo a teoria quântica, é impossível prever quando um átomo em particular decairá. Em outras palavras, um núcleo de um radionuclídeo não tem “memória”. Um núcleo não “envelhece” com o passar do tempo. Assim, a probabilidade de quebra não aumenta com o tempo, mas permanece constante, não importa quanto tempo o núcleo exista.

Portanto, a taxa de decaimento nuclear também pode ser medida em termos de meia-vida . Cada radionuclídeo tem sua meia-vida particular que nunca muda, independentemente da quantidade ou forma do material (isto é, sólido, líquido, gás, elemento ou composto) ou seu histórico passado. Se um radioisótopo tiver meia-vida de 14 dias, metade de seus átomos terá decaimento em 14 dias. Em mais 14 dias, metade da metade restante decairá e assim por diante.

As meias-vidas variam de milionésimos de segundo para produtos de fissão altamente radioativos a bilhões de anos para materiais de longa duração (como o urânio que ocorre naturalmente). Após cinco meia-vidas, apenas 1/32, ou 3,1%, do número original de átomos permanece. Após sete meias-vidas, apenas 1/128, ou 0,78%, dos átomos permanecem. O número de átomos existentes após 5 a 7 meias-vidas pode geralmente ser considerado insignificante.

A fração da atividade original restante após meias-vidas sucessivas é:

Atividade após 1 meia-vida = ½ da original

Atividade após 2 meias-vidas = ½ x ½ = ¼ do original

Atividade após 3 semi-vidas = ½ x ½ x ½ = (½) 3 = 1/8 do original

Atividade após 4 meias-vidas = (½) 4 = 1/16 do original

Atividade após 5 semi-vidas = (½) 5 = 1/32 do original

Atividade após 6 semi-vidas = (½) 6 = 1/64 do original

Atividade após 7 meias-vidas = (½) 7 = 1/128 do original

radioatividade - meias-vidas

Observe que as meias-vidas curtas seguem grandes constantes de decaimento. O material radioativo com meia-vida curta é muito mais radioativo (no momento da produção), mas obviamente perderá sua radioatividade rapidamente. Não importa quão longa ou curta a meia-vida seja, depois que sete meias-vidas tiverem passado, resta menos de 1% da atividade inicial.

lei de decaimento radioativo afirma que a probabilidade por unidade de tempo que um núcleo decairá é uma constante, independente do tempo. Essa constante é chamada constante de decaimento e é denotada por λ, “lambda”. Essa probabilidade constante pode variar muito entre os diferentes tipos de núcleos, levando a muitas taxas diferentes de decaimento observadas. O decaimento radioativo de certo número de átomos (massa) é exponencial no tempo.

Lei de decaimento radioativo: N = Ne -λt

A taxa de decaimento nuclear também é medida em termos de meia-vida . A meia-vida é a quantidade de tempo que um determinado isótopo leva para perder metade de sua radioatividade. Se um radioisótopo tiver meia-vida de 14 dias, metade de seus átomos terá decaimento em 14 dias. Em mais 14 dias, metade da metade restante decairá e assim por diante. As meias-vidas variam de milionésimos de segundo para produtos de fissão altamente radioativos a bilhões de anos para materiais de longa duração (como o urânio que ocorre naturalmente). Notar quemeia-vida curta acompanha grandes constantes de decaimento. O material radioativo com meia-vida curta é muito mais radioativo (no momento da produção), mas obviamente perderá sua radioatividade rapidamente. Não importa quão longa ou curta a meia-vida seja, depois que sete meias-vidas tiverem passado, resta menos de 1% da atividade inicial.

A lei de decaimento radioativo também pode ser derivada para cálculos de atividade ou massa de cálculos de material radioativo:

(Número de núcleos) N = Ne -λt     (Atividade) A = Ae -λt      (Massa) m = me -λt

, onde N (número de partículas) é o número total de partículas na amostra, A (atividade total) é o número de decaimentos por unidade de tempo de uma amostra radioativa, m é a massa do material radioativo restante.

Meia-vida e constante de decomposição

Nos cálculos de radioatividade, um dos dois parâmetros ( constante de decaimento ou meia-vida ), que caracterizam a taxa de decaimento, deve ser conhecido. Existe uma relação entre a meia-vida (t 1/2 ) e a constante de decaimento λ. O relacionamento pode ser derivado da lei de decaimento, definindo N = ½ N o . Isto dá:

onde ln 2 (o logaritmo natural de 2) é igual a 0,693. Se a constante de decaimento (λ) for dada, é fácil calcular a meia-vida e vice-versa.

Meia-vida e radioatividade

A relação entre a meia-vida e a quantidade de radionuclídeo necessária para gerar uma atividade de um curie é mostrada na figura. Essa quantidade de material pode ser calculada usando λ , que é a constante de decaimento de determinado nuclídeo:

Curie - Unidade de Atividade

Radioatividade - CurieA figura a seguir ilustra a quantidade de material necessário para 1 curie de radioatividade. É óbvio que quanto maior a meia-vida, maior a quantidade de radionuclídeo necessária para produzir a mesma atividade. Evidentemente, a substância de vida mais longa permanecerá radioativa por muito mais tempo. Como pode ser visto, a quantidade de material necessário para 1 curie de radioatividade pode variar de uma quantidade muito pequena para ser vista (0,00088 grama de cobalto-60), através de 1 grama de rádio-226, a quase três toneladas de urânio-238 .

radioatividade - meias-vidas - constantes de deterioração

Exemplo – Lei de Decaimento Radioativo

Iodo 131 - esquema de decaimentoUma amostra de material contém 1 micrograma de iodo-131. Observe que o iodo-131 desempenha um papel importante como isótopo radioativo presente nos produtos de fissão nuclear e é um dos principais contribuintes para os riscos à saúde quando liberado na atmosfera durante um acidente. O iodo-131 tem uma meia-vida de 8,02 dias.

Calcular:

  1. O número de átomos de iodo-131 inicialmente presentes.
  2. A atividade do iodo-131 nos curies.
  3. O número de átomos de iodo-131 que permanecerá em 50 dias.
  4. O tempo necessário para a atividade atingir 0,1 mCi.

Solução:

  1. O número de átomos de iodo-131 pode ser determinado usando a massa isotópica como abaixo.

-131 = m I-131 . N A / H I-131

NI -131 = (1 μg) x (6,02 × 10 23 núcleos / mol) / (130,91 g / mol)

NI -131 = 4,6 x 10 15 núcleos

  1. A atividade do iodo-131 em curies pode ser determinada usando sua constante de decaimento :

O iodo-131 tem meia-vida de 8,02 dias (692928 seg) e, portanto, sua constante de decaimento é:

Usando esse valor para a constante de decaimento, podemos determinar a atividade da amostra:

3) e 4) O número de átomos de iodo-131 que permanecerá em 50 dias (N 50d ) e o tempo necessário para a atividade atingir 0,1 mCi podem ser calculados usando a lei de decaimento:

Como pode ser visto, após 50 dias o número de átomos de iodo-131 e, portanto, a atividade será cerca de 75 vezes menor. Após 82 dias, a atividade será aproximadamente 1200 vezes menor. Portanto, o tempo de dez meias-vidas (fator 2 10 = 1024) é amplamente utilizado para definir a atividade residual.

Meia-vida biológica

Em geral, a meia-vida biológica é o tempo necessário para que a quantidade de um elemento em particular no corpo diminua para metade do seu valor inicial devido à eliminação apenas por processos biológicos, quando a taxa de remoção é aproximadamente exponencial. A meia-vida biológica (t biológica ) pode ser definida para metabólitos, drogas e outras substâncias. Também é muito importante na proteção contra radiação, ao considerar a exposição interna.

Se a fonte de radiação está dentro do nosso corpo, dizemos, é a exposição interna. A ingestão de material radioativo pode ocorrer por várias vias, como ingestão de contaminação radioativa em alimentos ou líquidos, inalação de gases radioativos ou pela pele intacta ou ferida. A maioria dos radionuclídeos fornecerá muito mais doses de radiação se, de alguma forma, puderem entrar em seu corpo, do que se ficassem fora. A meia-vida biológica depende da taxa na qual o corpo normalmente usa um composto específico de um elemento. Isótopos radioativos que foram ingeridos ou absorvidos por outras vias serão gradualmente removidos do corpo através do intestino, rins, respiração e transpiração. Isso significa que uma substância radioativa pode ser expelida antes que ela tenha se deteriorado.

Como resultado, a meia-vida biológica influencia significativamente a dose geral da contaminação interna. Se um composto radioativo com meia-vida radioativa (t 1/2 ) é eliminado do corpo com uma meia-vida biológica t b , a meia-vida “efetiva” (t e ) é dada pela expressão:

Como pode ser visto, os mecanismos biológicos sempre diminuem a dose geral da contaminação interna. Além disso, se t 1/2 é grande em comparação com t b , a meia-vida efetiva é aproximadamente a mesma que t b . Por exemplo, o trítio tem meia-vida biológica em 10 dias, enquanto a meia-vida radioativa é de 12 anos.

Veja também: Meia-vida biológica

Veja também: Meia-vida efetiva

 

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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: translations@nuclear-power.net ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.