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
85	Astatine	210At	8 שעות
86	Radon	222Rn	3.824 ימים
87	פרנציום	223Fr	22.0 min
88	Radium	226Ra	1600 שנים
89	Actinium	227Ac	21.77 שנים
90	Thorium	232Th	1.41 × 1010 שנים
91	Protactinium	231Pa	32800 שנים
92	Uranium	238U	4.47 × 109 שנים
93	Neptunium	237Np	2.14 × 106 שנים
94	Plutonium	244Pu	8.0 × 107 שנים
95	Americium	243Am	7400 שנים
96	Curium	247Cm	1.6 × 107 שנים
97	Berkelium	247Bk	1000 שנים
98	Californium	251Cf	900 שנים
99	Einsteinium	252Es	470 ימים
100	Fermium	257Fm	100.5 ימים
101	Mendelevium	258Md	51.5 ימים
102	Nobelium	259No	58 דקות
103	Lawrencium	266Lr	~11 שעות
104	Rutherfordium	267Rf	~1.3 שעות
105	Dubnium	268Db	1.3 ימים
106	Seaborgium	269Sg	~3.1 דקות
107	Bohrium	270Bh	3.8 דקות
108	Hassium	277mHs	~130 שניות
109	Meitnerium	278Mt	7.6 שניות
110	Darmstadtium	281mDs	~3.7 דקות
111	Roentgenium	282Rg	2.1 דקות
112	Copernicium	285mCn	~8.9 דקות
113	Ununtrium	286Uut	19.6 שניות
114	Flerovium	289mFl	~1.1 דקות
115	Ununpentium	289Uup	220 מילי-שניות
116	Livermorium	293Lv	61 מילי-שניות
117	Ununseptium	294Uus	78 מילי-שניות
118	Ununoctium	294Uuo	890 מיקרו-שניות

ראו גם

• אי של יציבות

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