מחצית חיים

סימולציה של אטומים זהים העוברים דעיכה רדיואקטיבית, החל מ-400 אטומים (מימין) או 4 אטומים (משמאל). המספר בראש האיור מציין כמה תקופות של מחצית חיים חלפו. שימו לב לחוק המספרים הגדולים: עם מספר גדול יותר של אטומים, הדעיכה הכללית אקראית פחות.

זמן מחצית החיים של איזוטופ רדיואקטיבי הוא הזמן הנחוץ למחצית מהאטומים של איזוטופ זה להתפרק ולהפוך ליסוד כימי אחר, ומשקף את מידת היציבות של האיזוטופ. דעיכה מעריכית רדיואקטיבית הוא נתון סטטיסטי בעל התפלגות מעריכית: הוא אינו מאפשר לנבא מתי אטום מסוים יתפרק, אלא מה שיעור האטומים שיתפרקו בפרק זמן נתון.

זמן מחצית החיים נע בין חלקיקי שנייה במקרה של איזוטופים רדיואקטיביים מאוד לא יציבים, ועד למיליארדי שנים לאיזוטופים יציבים במיוחד.

אף שהמושג זמן מחצית חיים הוא המקובל בעולם המדע, אין הוא מדויק מילולית, שכן אין מדובר במחצית אורך חיי החומר (זמן זה הוא אינסופי, שכן ההתפרקות היא תהליך אקספוננציאלי) אלא בזמן שבמהלכו יתפרקו מחצית מהאיזוטופים, כלומר זמן חיי המחצית. השימוש במושג זמן מחצית חיים התרחב גם לתחומים שמחוץ לרדיואקטיביות: בתהליכים כימיים מסוימים, קצב התהליך מושפע מריכוז החומרים המשתתפים בתהליך, וכך גם בהתפרקות של תרכובת. בהתאם לכך ניתן לדבר על זמן מחצית החיים של חומר ההדברה די-די-טי, שהוא הזמן שבו חצי מהחומר שרוסס בשדה מסוים מתפרק לחומרים אחרים.

חישובים

אם נתון אטום מסוים שזמן מחצית החיים שלו הינו יום, אז כאמור, לאחר יום כמותו תצטמצם לחצי, על מנת למצוא כמה ישאר לאחר 4 ימים החישוב פשוט מאוד: לאחר יום ישאר 1/2, לאחר יומיים ישאר 1/4, לאחר שלושה ימים 1/8 ולאחר ארבעה ימים: 1/16.

הגדרות

תהליך התפרקות רדיואקטיבית ניתן לתיאור על ידי אחת משלוש נוסחאות שקולות:

$N_{t}=N_{0}\left({\frac {1}{2}}\right)^{t/t_{1/2}}$

$\ N_{t}=N_{0}e^{-t/\tau }$

$\ N_{t}=N_{0}e^{-\lambda t}$

כאן:

• $\ N_{0}$ הכמות ההתחלתית של האיזוטופ (שניתנת למדידה בגרמים, מולים או מספר חלקיקים).
• $\ N_{t}$ כמות החומר שנותרה כעבור זמן $\ t$.
• $\ t_{1/2}$ הוא זמן מחצית החיים.
• $\ \tau$ הוא הזמן שלוקח לכמות האיזוטופ לקטון בשיעור של e.
• $\ \lambda$ מכונה "קבוע הדעיכה", ומאפיין את קצב ההתפרקות.

הפרמטרים $\ t_{1/2}$, $\ \tau$ ו-$\ \lambda$ מקיימים את השוויונות:

$t_{1/2}={\frac {\ln(2)}{\lambda }}=\tau \ln(2)$

כאשר $\ \ln(2)$ הוא הלוגריתם הטבעי של 2 (וערכו בקרוב 0.693).

זמן מחצית החיים של יסודות הטבלה המחזורית

בטבלה מוצג זמן מחצית החיים של האיזוטופ היציב ביותר של היסוד.

מרכז

  יסודות יציבים.

  יסודות רדיואקטיביים עם זמתן מחצית חיים של מעל 4 מיליון שנה.

  זמן מחצית חיים של בין 800 ל-34,000 שנים.

  זמן מחצית חיים של בין יום אחד ל-103 שנים.

  זמן מחצית חיים של בין דקות ספורות ליום אחד.

  זמן מחצית חיים של פחות ממספר דקות.

זמן מחצית החיים של יסודות 83 עד 118

כל היסודות בעלי מספר אטומי מעל 82 (עופרת) הינם בלתי-יציבים וזמן מחצית החיים באופן כללי יורד עם עליית המספר האטומי, החל מהיסוד היציב למדי אורניום (מספר 92) ועד היסוד הכבד ביותר 118. זמן מחצית החיים גדל בתחום היסודות 103 עד 105, יורד ביסוד 106 ועולה שוב קלות ביסודות 110 עד 114, מה שמרמז על התכנות אי של יציבות.

בטבלה מוצג זמן מחצית החיים של האיזוטופ היציב ביותר של היסוד בטווח.

מספר אטומי	שם	האיזוטופ היציב ביתר	מחצית חיים
83	Bismuth	209Bi	2 × 1019 שנים]]
84	Polonium	209Po	130 שנים	Isotopes of polonium
85	Astatine	210At	8 שעות	Isotopes of astatine
86	Radon	222Rn	3.824 ימים	Isotopes of radon
87	Francium	223Fr	22.0 min	Isotopes of francium
88	Radium	226Ra	1600 שנים	Isotopes of radium
89	Actinium	227Ac	21.77 שנים	Isotopes of actinium
90	Thorium	232Th	1.41 × 1010 שנים	Isotopes of thorium
91	Protactinium	231Pa	32800 שנים	Isotopes of protactinium
92	Uranium	238U	4.47 × 109 שנים	Isotopes of uranium
93	Neptunium	237Np	2.14 × 106 שנים	Isotopes of neptunium
94	Plutonium	244Pu	8.0 × 107 שנים	Isotopes of plutonium
95	Americium	243Am	7400 שנים	Isotopes of americium
96	Curium	247Cm	1.6 × 107 שנים	Isotopes of curium
97	Berkelium	247Bk	1000 שנים	Isotopes of berkelium
98	Californium	251Cf	900 שנים	Isotopes of californium
99	Einsteinium	252Es	470 ימים	Isotopes of einsteinium
100	Fermium	257Fm	100.5 ימים	Isotopes of fermium
101	Mendelevium	258Md	51.5 ימים	Isotopes of mendelevium
102	Nobelium	259No	58 דקות	Isotopes of nobelium
103	Lawrencium	266Lr	~11 שעות	Isotopes of lawrencium
104	Rutherfordium	267Rf	~1.3 שעות	Isotopes of rutherfordium
105	Dubnium	268Db	1.3 ימים	Isotopes of dubnium
106	Seaborgium	269Sg	~3.1 דקות	Isotopes of seaborgium
107	Bohrium	270Bh	3.8 דקות	Isotopes of bohrium
108	Hassium	277mHs	~130 שניות	Isotopes of hassium
109	Meitnerium	278Mt	7.6 שניות	Isotopes of meitnerium
110	Darmstadtium	281mDs	~3.7 דקות	Isotopes of darmstadtium
111	Roentgenium	282Rg	2.1 דקות	Isotopes of roentgenium
112	Copernicium	285mCn	~8.9 דקות	Isotopes of copernicium
113	Ununtrium	286Uut	19.6 שניות	Isotopes of ununtrium
114	Flerovium	289mFl	~1.1 דקות	Isotopes of flerovium
115	Ununpentium	289Uup	220 milliשניות	Isotopes of ununpentium
116	Livermorium	293Lv	61 milliשניות	Isotopes of livermorium
117	Ununseptium	294Uus	78 milliשניות	Isotopes of ununseptium
118	Ununoctium	294Uuo	890 microשניות	Isotopes of ununoctium

ראו גם

• אי של יציבות

ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיקה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.