מחצית חיים

זמן מחצית החיים של איזוטופ רדיואקטיבי הוא הזמן הדרוש למחצית מהאטומים של איזוטופ זה כדי לדעוך ולהפוך לאטומים של איזוטופ אחר. זמן מחצית החיים משקף את מידת היציבות של האיזוטופ. זהו נתון מרכזי בתחום הפיזיקה הגרעינית. דעיכה מעריכית היא אירוע סטטיסטי בעל התפלגות מעריכית: היא אינה מאפשרת 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 מיליארדי שנים לאיזוטופים יציבים במיוחד.

אף שהמושג "זמן מחצית חיים" הוא המקובל בעולם המדע, אין הוא מדויק מילולית, שהרי אין מדובר במחצית אורך חיי החומר (זמן זה הוא אינסופי, שכן ההתפרקות היא תהליך אקספוננציאלי), אלא בזמן שבמהלכו יתפרקו מחצית מהאטומים במערכת, 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.

"זמן מחצית חיים" שונה מ"אורך חיים ממוצע" (Mean lifetime). אורך חיים הוא ממוצע הזמן הנדרש לדעיכת כל החלקיקים הנתונים, לעומת דעיכת חצי מהם, אליה מתייחס זמן מחצית החיים. השימוש בנתון אורך החיים הממוצע נפוץ יותר בתחום פיזיקת החלקיקים, בין היתר מכיוון שמשך החיים של חלקיקים תת-אטומיים בלתי-יציבים לרוב קצר בהרבה מזה של אטומים בלתי-יציבים. זאת ועוד, פיזיקת החלקיקים מרבה לעסוק במערכות המכילות מספר קטן של חלקיקים תת-אטומיים – לעיתים, רק אחד – כך שאין טעם או אפשרות של ממש לדון בזמן הנדרש לדעיכת חצי מהחלקיקים.

דוגמה
איזוטופ שזמן מחצית החיים שלו הוא יום, כמותו לאחר יום תפחת לחצי מהכמות ההתחלתית. על מנת למצוא כמה אטומים יישארו לאחר 4 ימים, החישוב הוא כדלקמן: לאחר יום תישאר  מהכמות ההתחלתית, לאחר יומיים יישאר , לאחר שלושה ימים  ולאחר ארבעה ימים .

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

כאן:

  הכמות ההתחלתית של האיזוטופ (שניתנת למדידה בגרמים, מולים או מספר חלקיקים).
  כמות החומר שנותרה כעבור זמן .
  הוא זמן מחצית החיים.
  הוא הזמן שלוקח לכמות האיזוטופ לקטון בשיעור של e.
  מכונה "קבוע הדעיכה", ומאפיין את קצב ההתפרקות.

הפרמטרים ,  ו- מקיימים את השוויונות:

כאשר  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.
600px|מרכז|ממוזער|

זמן מחצית החיים של יסודות 83 עד 118
כל היסודות בעלי מספר אטומי מעל 82 (עופרת) אינם יציבים. באופן כללי, זמן מחצית החיים יורד עם עליית המספר האטומי, החל מהיסוד היציב כמעט לחלוטין ביסמוט (מספר 83), דרך היסוד בעל זמן מחצית החיים הארוך למדי אורניום (מספר 92) ועד היסוד הכבד ביותר, אוגאנסון (מספר 118), שזמן מחצית החיים שלו פחות מאלפית השנייה. 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 כל אחד מהיסודות שמספריהם האטומיים 83 עד 118.

 מספר אטומי  שם היסוד  האיזוטופ היציב ביותר  מחצית חיים 83 ביסמוט  209Bi  84 פולוניום  209Po 130 שנים 85 אסטטין  210At 8 שעות 86 רדון  222Rn 3.824 ימים 87 פרנציום 223Fr 22 דקות 88 רדיום  226Ra 1600 שנים 89 אקטיניום  227Ac 21.77 שנים 90 תוריום  232Th  91 פרוטקטיניום  231Pa 32800 שנים 92 אורניום  238U  93 נפטוניום  237Np  94 פלוטוניום  244Pu  95 אמריציום  243Am 7370 שנים 96 קוריום  247Cm  97 ברקליום  247Bk 1380 שנים 98 קליפורניום  251Cf 900 שנים 99 איינשטייניום  252Es 470 ימים 100 פרמיום  257Fm 100.5 ימים 101 מנדלביום  258Md 51.5 ימים 102 נובליום  259No 58 דקות 103 לורנציום  266Lr ~11 שעות 104 רתרפורדיום  267Rf ~1.3 שעות 105 דובניום  268Db 1.3 ימים 106 סיבורגיום  269Sg ~3.1 דקות 107 בוהריום  270Bh 3.8 דקות 108 האסיום  277mHs ~130 שניות 109 מייטנריום  278Mt 7.6 שניות 110 דרמשטטיום  281mDs ~3.7 דקות 111 רנטגניום  282Rg 2.1 דקות 112 קופרניקיום  285mCn ~8.9 דקות 113 ניהוניום  286Nh 19.6 שניות 114 פלרוביום  289mFl ~1.1 דקות 115 מוסקוביום  289Mc 220 מילי-שניות 116 ליברמוריום  293Lv 61 מילי-שניות 117 טנסין  294Ts 78 מילי-שניות 118 אוגאנסון  294Og 890 מיקרו-שניות

ראו גם
פיזיקה גרעינית
רדיואקטיביות
אי של יציבות
תארוך פחמן

קישורים חיצוניים



קטגוריה:קינטיקה כימית
קטגוריה:פיזיקה גרעינית
קטגוריה:מאונים
קטגוריה:רדיואקטיביות
קטגוריה:חצי