Закон радиоактивного распада

Сколько ядер останется через время t, когда распадётся заданная доля и что будет через N периодов полураспада

От режима зависит, какие поля участвуют в расчёте

Число ядер, масса или активность — в любых единицах

В тех же единицах времени, что и t

Время в единицах периода полураспада

Сколько должно остаться — для режима «время»

n = t/T — для режима «через N периодов»

Нашли ошибку или хотите предложить улучшение?

Улучшить калькулятор «Закон радиоактивного распада»

Теория

Радиоактивный распад — случайное событие для каждого отдельного ядра, но для большого их числа работает строгий закон: за одинаковые промежутки времени распадается одна и та же доля ядер. Главная характеристика вещества — период полураспада \(T\): время, за которое распадается половина имеющихся ядер. Отсюда закон распада: \(N = N_0 \cdot 2^{-t/T}\), где \(N_0\) — начальное количество ядер, \(t\) — время наблюдения.

Из формулы видно, что количество ядер уменьшается вдвое каждый период: через \(T\) остаётся \(1/2\), через \(2T\) — \(1/4\), через \(3T\) — \(1/8\). Через десять периодов остаётся меньше 0,1 % исходных ядер, поэтому сильно радиоактивные изотопы «исчезают» на глаз за считаные периоды.

Если нужно найти время, формулу обращают: \(t = T \cdot \log_2\frac{N_0}{N}\). Единицы измерения количества (ядра, моли, граммы, беккерели) и времени (секунды, сутки, годы) могут быть любыми — важно лишь, чтобы \(t\) и \(T\) были в одних единицах.

Важно: закон описывает среднее поведение большого числа ядер. Для двух-трёх ядер предсказать момент распада нельзя — это принципиально случайный процесс.

Пример с решением

  1. Условие. Период полураспада изотопа 5 суток. Сколько из 1000 ядер останется через 10 суток? Через сколько суток останется 100 ядер?
  2. Число периодов. \(t/T = 10 : 5 = 2\).
  3. Формула. \(N = N_0 \cdot 2^{-t/T}\).
  4. Подстановка. \(N = 1000 \cdot 2^{-2} = 1000/4\).
  5. Вычисление. \(N = 250\) ядер, то есть 25 %; распалось \(750\) ядер.
  6. Обратная задача. \(t = T \cdot \log_2(1000/100) = 5 \cdot \log_2 10 \approx 5 \cdot 3{,}32 \approx 16{,}6\) суток.
  7. Ответ. 250 ядер; около 16,6 суток. В калькуляторе это режимы «Остаток через время t» (1000, 5, 10) и «Время до заданного остатка» (1000, 5, 100).

Главное

  • Закон распада: \(N = N_0 \cdot 2^{-t/T}\); каждый период полураспада делит количество ядер пополам.
  • Обратная формула: \(t = T \cdot \log_2\frac{N_0}{N}\).
  • Ориентиры: после 3 периодов остаётся 12,5 %, после 10 — меньше 0,1 %.
  • Единицы: \(t\) и \(T\) обязательно в одних и тех же единицах времени.