Radioaktive henfald

Radioaktivt henfald er en proces, hvor ustabile atomkerner spontant afgiver energi i form af stråling for at opnå en mere stabil tilstand. Dette sker, fordi nogle atomkerner har en ubalance mellem protoner og neutroner, hvilket gør dem ustabile.

Der er tre hovedtyper af radioaktivt henfald:

Alfa-henfald

En atomkerne udsender en alfa-partikel, som består af to protoner og to neutroner (identisk med en heliumkerne). Dette reducerer både atomnummeret og massetallet, hvilket ændrer grundstoffet til et andet.

Beta-henfald

En neutron i kernen omdannes til en proton, samtidig med at en elektron (beta-partikel) og en antineutrino udsendes. Dette øger atomnummeret med én, men massetallet forbliver det samme.

Gamma-henfald

Efter alfa- eller beta-henfald kan den nye kerne være i en ophidset tilstand. For at opnå en lavere energitilstand udsender den gamma-stråling, som er elektromagnetisk stråling af høj energi. Dette ændrer ikke atomnummeret eller massetallet, men reducerer kernens energi. Radioaktivt henfald er en statistisk proces, hvor halveringstiden (den tid, det tager for halvdelen af atomkernerne i en prøve at henfalde) bruges til at beskrive hastigheden af henfaldet.

Henfaldsloven

$N$ er antallet af kerner til tiden $t$ for et radioaktivt nuklid, når der til tiden $t$ = 0 s er $N_0$ kerner.

$k$ er henfaldskonstanten, og $t_\frac{1}{2}$ er halveringstiden.

$$N=N_0·e^{-k·t}=N_0·\left(\frac{1}{2}\right)^\frac{t}{t_\frac{1}{2}}$$ Henfaldskonstanten

Sammenhængen mellem henfaldskonstanten $k$ og halveringstiden $t_\frac{1}{2}$

$$k=\frac{\ln{\left(2\right)}}{t_\frac{1}{2}}$$ Sammenhængen mellem aktivitet og antal kerner

Sammenhængen mellem aktiviteten $A$ og antallet af radioaktive kerner $N$ i en prøve, der kun indeholder kerner af ét radioaktivt nuklid med henfaldskonstant $k$.

$$A=-\frac{dN}{dt}=k·N$$ Aktiviteten som funktion af tiden

$A$ er aktiviteten til tiden $t$ fra en prøve, der kun indeholder ét nuklid, og som til tiden $t$ = 0 s har aktiviteten $A_0$. $k$ er henfaldskonstanten, og $t_\frac{1}{2}$ er halveringstiden.

$$A=A_0·e^{-k·t}=A_0·\left(\frac{1}{2}\right)^\frac{t}{t_\frac{1}{2}}$$