خانه » فیزیک » نیمه عمر ماده ی پرتوزا
نیمه عمر ماده ی پرتوزا
نیمه عمر ماده ي پرتوزا:

نیمه عمر ماده ی پرتوزا

کاربرد و موارد مصرف بوراکس

برای خرید بوراکس به این سایت  وارد شوید.

فروش بوراکس

 نیمه عمر ماده ی پرتوزا:

نیم عمر ماده ی پرتوزا مدت زمانی است که طی آن نیمی از هسته های پرتوزای موجود در آن واپاشیده شوند. نیم عمر عناصر مختلف با هم تفاوت زیادی دارد.نیمه عمر یک ماده زمانی است که طول می کشد تا خاصیت رادیواکتیویته آن به نصف کاهش یابد.

 

 

 

مثلا نیمه عمر کربن ۱۴ (شکل خاصی از عنصر کربن) ۵۶۰۰ سال است. یعنی ۵۶۰۰ سال طول می کشد تا نصف اتم های رادیواکتیو کربن دچار فروپاشی شوند ، یا یک گرم از اتم های رادیواکتیو به نیم گرم تقلیل یابد. ۵۶۰۰ سال دیگر طول می کشد که همین مقدار نیز به نصف برسد و به همین ترتیب.

نیمه عمر عناصر مختلف از چند ثانیه تا میلیونها سال متغیر است.با مشخص کردن اینکه چه مقدار از هسته ای رادیواکتیو باقی مانده است متوجه می‌شویم که چند نیمه عمر ماده سپری شده و چون نیمه عمر عناصر را می‌دانیم به راحتی می‌توانیم سن اشیاء قدیمی را محاسبه نماییم

هسته های اتم های رادیواکتیو، هسته های ناپایدار برخی عناصر هستند که به مرور زمان، از طریق برخی واکنش ها که آن ها را « واپاشی هسته ای: Radioactive Decay » می نامند (شامل واپاشی های آلفا، بتا و گاما) و از طریق از دست دادن مقداری از انرژی درونی خود، به هسته های اتم های پایدارتری تبدیل می گردند. به عنوان مثال « هسته ی ناپایدار » اتم « اورانیوم ۲۳۸ : ۲۳۸U » در طی زمان و در اثر واکنش « واپاشی هسته ای »، به « هسته ی پایدارتر » اتم « توریوم ۲۳۴ : ۲۳۴Th » تبدیل می گردد.

 

مثال دیگر در این زمینه، تبدیل « هسته ی ناپایدار » اتم « کربن ۱۴ : ۱۴C » به « هسته ی پایدار » اتم « هیدروژن ۱۴ :  ۱۴طی واکنش « واپاشی هسته ای » می باشد:

البته در بسیاری از موارد، تنها یک واکنش « واپاشی هسته ای » صورت نمی گیرد، بلکه زنجیره ای از واکنش های متوالی « واپاشی هسته ای »، موجب تبدیل « ناپایدارترین هسته »، به « پایدارترین هسته » می گردد. برای مثال، « هسته ی ناپایدار » اتم « سرب ۲۱۲ : ۲۱۲Pb » در طی زمان و در اثر چند واکنش متوالی « واپاشی هسته ای »، به « هسته ی پایدارتر » اتم « سرب ۲۰۸ : ۲۰۸Pb » تبدیل می گردد.(۵) مثال دیگر در این زمینه، تبدیل « هسته ی ناپایدار » اتم « قلع ۱۳۱ : ۱۳۱Sn » در طی زمان و در اثر چند واکنش متوالی « واپاشی هسته ای »، به « هسته ی پایدارتر » اتم « گزنون ۱۳۱ : ۱۳۱Xe » می باشد

 

 

  نیمه عمر تعدادی از عناصر پرتوزا:

تعیین عمر اشیاء قدیمی:

 به کمک ایزوتوپ های رادیواکتیو کربن ۱۴C14 تعیین می‌شود که تغییرات آن بطور طبیعی اتفاق می‌افتد. به کمک زمان سنجی کربن ۱۴ طول عمر اجسام را تا ۶۰۰۰۰ سال می‌توان تعیین کرد.

زمانی که نوترونهای پرتوهای کیهانی در اتمسفر با نیتروژن های ۱۴ برخورد می‌کنند. به طور مداوم کربن ۱۴ تولید می‌شود کربن ۱۴ به سرعت با دی اکسید کربن هوا مخلوط شده و از طریق فوتوسنتز در گیاهان جذب می‌شود به این ترتیب کربن ۱۴ در تمام موجودات زنده راه پیدا می‌کند پس قسمتی از همه کربن های موجود در بدن موجودات زنده کربن ۱۴ است که نسبت تمرکز آن هم مقدار ثابتی است. اما کربن ۱۴ یک عنصر رادیواکتیو است و با مرور زمان واپاشی کرده و تبدیل به عناصر دیگر می‌شود. زمانی که یک موجود زنده می‌میرد و یا گیاهی خشک می‌شود، دیگر کربن ۱۴ جدیدی به طبیعت اضافه نمی شود اما کربن ۱۴ های قدیمی شروع به واپاشی می‌کنند.

نیمه عمر کربن ۱۴ حدود ۵۷۶۰ سال تعیین شده است. بنابراین زمانی که باستانشناسان یک تکه ذغال را در غار یا یک قطعه چوب را در یک بنای قدیمی پیدا می‌کنند، می‌توانند به دقت مقدار کربن موجود در آنها را اندازه گرفته و مقدرا کربن ۱۴ آن را تعیین کنند و سپس با در نظر گرفتن میزان کربن ۱۴ موجود در درختان امروزی مقدار کربن ۱۴ این اجسام را در زمان خود مشخص کنند. و از این راه طول عمر جسم مورد نظر را به دست آورند.

برای اندازه گیری بقایای کربن ۱۴ موجود در تکه چوبی که در یک پناهگاه قدیمی پیدا شده می‌توان آن را تجزیه نمود و عمرش را با دقت خوبی تعیین کرد. این امر، زمان شکسته شدن یا بریده شدن تکه چوب از درخت جهت ساختن پناهگاه را مشخص کرده در نتیجه دورانی را که انسانها از این چوب استفاده کرده اند تعیین می‌شود.

برای جدا کردن کربن ۱۴ از دیگر عناصر، چوب را می‌سوزانند تا به صورت گاز متان یا اتان دربیاید گاز حاصل را که دارای کربن ۱۴ است به مدت یک ماه درون یک محفظه نگه می‌دارند در این مدت ترکیبات اورانیوم که ممکن است باعث اندازه گیری غیر واقعی عمر شوند واپاشیده شده و مقدارشان به حداقل می‌رسد. سپس به وسیله دستگاهی میزان تشعشع اتم های کربن ۱۴ موجود در نمونه را بررسی می‌کنند. و به این ترتیب عمر نمونه را مشخص می‌کنند. با وجود همه امتیازاتی که زمان سنجی کربن ۱۴ داراست محدودیت هایی نیز دارد. کربن ۱۴ نیمه عمر نسبتاً کوتاهی دارد و فقط جهت تعیین طول عمرهایی تا ۶۰ هزار سال قبل مفید است. برای عمرسنجی موارد قدیمی تر باید از دیگر عناصر رادیواکتیو که نیمه عمر بیشتری دارند استفاده کرد. که البته اساس کار این زمان سنجی‌ها هم کاملاً مشابه کربن ۱۴ است. به غیر از کربن ۱۴ عناصر دیگری نیز در زمان سنجی بکار می‌روند که عبارتند از: اورانیوم ۲۳۸ ( ۷۲۳۸) که پس از چندمین مرحله واپاشی به سرب ۲۰۶(Pb206) تبدیل می‌شود. اورانیوم ۲۳۵ (۷۲۳۵) که به سرب ۲۰۷(pb207) توریوم ۲۳۲ که سرب ۲۰۸ و پتاسیم ۴۰ که به آرگون ۴۰ تبدیل می‌شود.

زمانی که زمین شکل گرفته شامل ذخایری از ایزوتوپ هی اورانیوم ۲۳۸ بوده است. نیمه عمر اورانیوم ۲۳۸ در حدود ۵/۴ میلیارد سال است. دانشمندان معتقدند که هنگام تشکیل زمین اصلاً سربی وجود نداشته و تمام سرب موجود در کره زمین در اثر واپاشی اورانیوم بوجود آمده است. از آنجایی که ما نیمه عمر اورانیوم رامی دانیم و در ضمن می‌توانیم مقدار اورانیوم ۲۳۸ و سرب موجود در یک نمونه را اندازه بگیریم می‌توانیم طول عمر سنگهایی را که متعلق به میلیاردها سال پیش هستند را مشخص کنیم. اکثر نمونه سنگها شامل دو مقدار مساوی از اتم های اورانیوم ۲۳۸ و سرب ۲۰۶ می‌باشند یعنی مقدار اورانیوم نصف شده است یعنی اورانیوم یک نیمه عمر خود را گذرانده است و این سنگها ۵/۴ میلیارد سال قدمت دارند. تا مدتها تصور می‌شد که زمین فقط ۱۰۰ میلیون سال عمر دارد، اما با این روش عمر زمین را حدود ۵/۴ میلیارد سال تعیین نموده اند.

        تعیین عمر اشیا و بقایای اجساد کشف شده در حفاری های باستان شناسی

        در یک حفاری تکه استخوانی پیدا می شود و باستان شناسان می گویند که این استخوان ۵ هزار سال عمر دارد. یک بچه ماموت در آند کشف می شود و عمر آن را بیش از ۲ هزار سال تخمین می زنند. اما دانشمندان چگونه می فهمند که یک شیء یا اجساد و بقایای موجودات زنده متعلق به چه زمانی هستند. تاریخ سنجی به وسیله کربن ۱۴ یک روش رایج و مطمئن برای تعیین قدمت بقایای موجودات زنده است ، با این شرط که حداکثر ۵۰ هزار سال عمر داشته باشند.این روش فقط درخصوص اشیایی به کار می رود که یا خود زمانی زنده بوده اند مانند استخوان ، بقایای گیاهان و بقایای اجساد حیوانات و انسان ها و یا این که از موجودات زنده ساخته شده اند. مانند لباسهای پنبه ای یا کتانی ، وسایل چوبی و غیره.

        کربن ۱۴ چگونه ساخته می شود؟

        اشعه کیهانی هر روز و به مقدار زیاد به اتمسفر زمین می رسد. برای مثال در هر ساعت نیم میلیون تابش کیهانی به هر فرد می تابد. این اشعه کیهانی با اتمهای اتمسفر برخورد می کند و تابشهای ثانویه را به صورت نوترون های پر انرژی به وجود می آورد. این نوترون های پرانرژی با اتمهای نیتروژن برخورد می کنند. پس از برخورد نوترون با نیتروژن ۷(۱۴پروتون و ۷نوترون) این اتمها به اتمهای کربن ۶(۱۴ پروتون و ۸نوترون) به اضافه اتمهای هیدروژن (یک پروتون و یک نوترون) تبدیل می شوند.کربن ۱۴ رادیواکتیو است با نیمه عمری حدود ۵۷۰۰ سال. (نیمه عمر مدت زمانی است که نصف اتمهای یک ماده رادیواکتیو به دلیل تابش غیرفعال می شوند.

        کربن ۱۴ در موجودات زنده

        اتمهای کربن ۱۴ که بر اثر تابش کیهانی به وجود آمده اند با اتمهای اکسیژن ترکیب شده و گاز دی اکسیدکربن می دهند. گیاهان این گاز را جذب کرده و بر اثر پدیده فتوسنتز کربن ۱۴ در فیبر گیاهان وارد می شود.حیوانات و انسان ها این گیاهان را می خورند و کربن ۱۴وارد بدن آنها می شود. نسبت کربن ۱۴ به کربن معمولی (کربن)۱۲ در هوا و بدن موجودات زنده در تمام زمانها تقریبا ثابت بوده و هست. تقریبا در هر تریلیون اتم کربن یک اتم ، اتم کربن ۱۴است.کربن ۱۴واپاشی می کند. ولی همیشه تا زمانی که موجود زنده است ، به دلیل تبادل با محیط بیرون اتمهای واپاشیده شده با اتمهای جدید کربن ۱۴جایگزین می شوند و این نسبت تقریبا ثابت می ماند.

        تعیین تاریخ یک فسیل

        به محض این که یک موجود زنده می میرد، دریافت کربن آن از محیط قطع می شود. نسبت کربن ۱۲ به کربن ۱۴ در لحظه مرگ موجود با مقدار استاندارد آن در بدن بقیه موجودات زنده برابر است ؛ ولی پس از مرگ کربن ۱۴ واپاشیده شده و با هیچ کربن ۱۴ جدیدی جایگزین نمی شود.کربن ۱۴ بتدریج و با سرعت بسیار کم از بین می رود در حالی که مقدار کربن ۱۲ ثابت است.با به دست آوردن نسبت کربن ۱۲ به کربن ۱۴ در نمونه مورد بررسی و مقایسه آن با مقدار استاندارد این نسبت در موجودات زنده می توان قرنی را که این موجود در آن می زیسته است ، با دقت بسیار خوبی محاسبه کرد.

چون نیمه عمر کربن ۱۴، ۵۷۰۰ سال است تعیین عمر اجسام با استفاده از کربن ۱۴ فقط در مواردی معتبر است که نمونه حداکثر متعلق به ۶۰هزار سال قبل باشد. پس از این مدت مقدار کربن ۱۴ بسیار ناچیز می شود. البته قوانین کربن ۱۴ برای سایر ایزوتوپ ها هم معتبر است.مواد دیگری هم وجود دارند که هم به صورت رادیواکتیو هم غیرفعال در طبیعت وجود دارند و نسبت آنها هم مقدار ثابتی است از طرفی نیمه عمر طولانی تری هم دارند.مثلا پتاسیم ماده ای است که دو ایزوتوپ فعال و غیرفعال آن در بدن موجودات زنده به طور طبیعی یافت می شود. نیمه عمر پتاسیم ۴۰، ۱۰۳ میلیون سال است. البته روش تاریخ سنجی رادیواکتیو در آینده قابل استفاده نیست. تمام موجوداتی که بعد از ۱۹۴۰ مرده اند، به دلیل فعالیت های هسته ای بمبهای اتمی ، رآکتورهای هسته ای و آزمایش های هسته ای در فضای باز دچار تغییرات هسته ای شده اند و در آینده تشخیص درصد رادیواکتیویته طبیعی در این موجودات از رادیواکتیویته حاصل از این فعالیت های هسته ای مشکل خواهد بود.

درباره‌ admin555

تصویر پروفایل از  admin555

جوابی بنویسید