Was ist Radionuklid – Radioisotop – Definition

Es gibt Nuklide, die instabil und radioaktiv sind. Diese Nuklide werden als Radionuklide (radioaktive Nuklide) oder Radioisotope (radioaktive Isotope) bezeichnet. Strahlendosimetrie

Tisch-Halbwertszeiten

In der Kernphysik und Kernchemie werden die verschiedenen Arten von Atomen, deren Kerne eine bestimmte Anzahl von Protonen und Neutronen enthalten, als  Nuklide bezeichnet . Nuklide zeichnen sich auch durch ihre Kernenergiezustände aus (z. B. metastabiles Nuklid  242m Am). Jedes Nuklid wird durch das chemische Symbol des Elements (dies gibt Z an) mit der Atommassenzahl als hochgestellt bezeichnet. Isotope  sind Nuklide, die die gleiche Ordnungszahl und damit das gleiche Element haben, sich jedoch in der Anzahl der Neutronen unterscheiden.

Es gibt Nuklide, die instabil und radioaktiv sind. Diese Nuklide werden als Radionuklide (radioaktive Nuklide) oder Radioisotope (radioaktive Isotope) bezeichnet. Diese  instabilen Isotope  zerfallen auf verschiedenen Wegen des radioaktiven Zerfalls, am häufigsten durch Alpha-Zerfall, Beta-Zerfall, Gamma-Zerfall oder Elektroneneinfang. Viele andere seltene Zerfallsarten wie Spontanspaltung oder Neutronenemission sind bekannt.

Wie geschrieben wurde, den radioaktiven Zerfall der Radionuklide ist ein zufälliger Prozess auf der Ebene der einzelnen Atome, dass nach der Quantentheorie, es unmöglich ist , vorherzusagen , wann ein bestimmtes Atom zerfällt. Mit anderen Worten, ein Kern eines Radionuklids hat kein „Gedächtnis“. Ein Kern „altert“ nicht im Laufe der Zeit. Somit steigt die Wahrscheinlichkeit seines Zerfalls nicht mit der Zeit, sondern bleibt konstant, egal wie lange der Kern existiert hat.

Daher kann die Rate des nuklearen Zerfalls auch als Halbwertszeit gemessen werden . Jedes Radionuklid hat seine eigene Halbwertszeit, die sich unabhängig von der Menge oder Form des Materials (dh Feststoff, Flüssigkeit, Gas, Element oder Verbindung) oder seiner Vorgeschichte niemals ändert. Wenn ein Radioisotop eine Halbwertszeit von 14 Tagen hat, ist die Hälfte seiner Atome innerhalb von 14 Tagen zerfallen. In weiteren 14 Tagen verfällt die Hälfte der verbleibenden Hälfte und so weiter.

Die Halbwertszeiten reichen von Millionstelsekunden für hochradioaktive Spaltprodukte bis zu Milliarden von Jahren für langlebige Materialien (wie natürlich vorkommendes Uran). Nach Ablauf von fünf Halbwertszeiten verbleiben nur noch 1/32 oder 3,1% der ursprünglichen Anzahl von Atomen. Nach sieben Halbwertszeiten sind nur noch 1/128 oder 0,78% der Atome übrig. Die Anzahl der Atome, die nach 5 bis 7 Halbwertszeiten existieren, kann normalerweise als vernachlässigbar angesehen werden.

Der Anteil der ursprünglichen Aktivität, der nach den folgenden Halbwertszeiten verbleibt, beträgt:

Aktivität nach 1 Halbwertszeit = ½ des Originals

Aktivität nach 2 Halbwertszeiten = ½ x ½ = ¼ des Originals

Aktivität nach 3 Halbwertszeiten = ½ x ½ x ½ = (½) 3 = 1/8 des Originals

Aktivität nach 4 Halbwertszeiten = (½) 4 = 1/16 des Originals

Aktivität nach 5 Halbwertszeiten = (½) 5 = 1/32 des Originals

Aktivität nach 6 Halbwertszeiten = (½) 6 = 1/64 des Originals

Aktivität nach 7 Halbwertszeiten = (½) 7 = 1/128 des Originals

Radioaktivität - HalbwertszeitenBeachten Sie, dass kurze Halbwertszeiten mit großen Zerfallskonstanten einhergehen. Radioaktives Material mit einer kurzen Halbwertszeit ist (zum Zeitpunkt der Herstellung) viel radioaktiver, verliert jedoch offensichtlich schnell seine Radioaktivität. Unabhängig davon, wie lang oder kurz die Halbwertszeit ist, bleibt nach Ablauf von sieben Halbwertszeiten weniger als 1 Prozent der ursprünglichen Aktivität übrig.

Das Gesetz über den radioaktiven Zerfall besagt, dass die Wahrscheinlichkeit pro Zeiteinheit, dass ein Kern zerfällt, unabhängig von der Zeit konstant ist. Diese Konstante wird als Abklingkonstante bezeichnet und mit λ, „Lambda“, bezeichnet. Diese konstante Wahrscheinlichkeit kann zwischen verschiedenen Arten von Kernen stark variieren, was zu den vielen verschiedenen beobachteten Zerfallsraten führt. Der radioaktive Zerfall einer bestimmten Anzahl von Atomen (Masse) ist zeitlich exponentiell.

Gesetz über den radioaktiven Zerfall: N = Ne- λt

Das Gesetz über den radioaktiven Zerfall kann auch für Aktivitätsberechnungen oder Massenberechnungen für radioaktives Material abgeleitet werden:

(Anzahl der Kerne) N = Ne- λt     (Aktivität) A = Ae- λt      (Masse) m = me- λt

wobei N (Anzahl der Partikel) die Gesamtzahl der Partikel in der Probe ist, A (Gesamtaktivität) die Anzahl der Zerfälle pro Zeiteinheit einer radioaktiven Probe ist, m die Masse des verbleibenden radioaktiven Materials ist.

Halbwertszeit und Radioaktivität von Radionukliden

Die Beziehung zwischen der Halbwertszeit und der Menge eines Radionuklids, die erforderlich ist, um eine Aktivität von einem Curie zu ergeben, ist in der Figur gezeigt. Diese Materialmenge kann mit λ berechnet werden , der Zerfallskonstante bestimmter Nuklide:

Curie - Aktivitätseinheit

Radioaktivität - CurieDie folgende Abbildung zeigt die Materialmenge, die für 1 Curie Radioaktivität erforderlich ist . Es ist offensichtlich, dass je länger die Halbwertszeit ist, desto mehr Radionuklid wird benötigt, um die gleiche Aktivität zu erzeugen. Natürlich bleibt die länger lebende Substanz viel länger radioaktiv. Wie zu sehen ist, kann die Menge an Material, die für 1 Curie Radioaktivität erforderlich ist, von einer zu geringen Menge (0,00088 g Cobalt-60) über 1 g Radium-226 bis zu fast drei Tonnen Uran-238 variieren .

Beispiel – Radioaktivität von Radionuklid

Jod 131 - ZerfallsschemaEine Materialprobe enthält 1 Mikrogramm Jod-131. Beachten Sie, dass Jod-131 eine wichtige Rolle als radioaktives Isotop in Kernspaltungsprodukten spielt und einen wesentlichen Beitrag zu den Gesundheitsgefahren leistet, wenn es während eines Unfalls in die Atmosphäre freigesetzt wird. Jod-131 hat eine Halbwertszeit von 8,02 Tagen.

Berechnung:

  1. Die Anzahl der anfänglich vorhandenen Iod-131-Atome.
  2. Die Aktivität des Iod-131 in Curies.
  3. Die Anzahl der Iod-131-Atome, die in 50 Tagen verbleiben.
  4. Die Zeit, die die Aktivität benötigt, um 0,1 mCi zu erreichen.

Lösung:

  1. Die Anzahl der Atome von Iod-131 kann unter Verwendung der Isotopenmasse wie folgt bestimmt werden.

I-131 = m I-131 . N A / M I-131

I-131 = (1 & mgr; g ) x (6,02 × 10 23 Kerne / mol) / (130,91 g / mol)

I-131 = 4,6 × 10 15 Kerne

  1. Die Aktivität des Iod-131 in Curies kann anhand seiner Zerfallskonstante bestimmt werden :

Das Jod-131 hat eine Halbwertszeit von 8,02 Tagen (692928 Sekunden) und daher ist seine Zerfallskonstante:

Mit diesem Wert für die Abklingkonstante können wir die Aktivität der Probe bestimmen:

3) und 4) Die Anzahl der Iod-131-Atome, die in 50 Tagen verbleiben (N 50d ), und die Zeit, die die Aktivität benötigt, um 0,1 mCi zu erreichen, können unter Verwendung des Zerfallsgesetzes berechnet werden:

Wie zu sehen ist, wird nach 50 Tagen die Anzahl der Iod-131-Atome und damit die Aktivität etwa 75-mal geringer sein. Nach 82 Tagen ist die Aktivität ungefähr 1200-mal geringer. Daher wird die Zeit von zehn Halbwertszeiten (Faktor 2 10 = 1024) häufig verwendet, um die Restaktivität zu definieren.

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