В природе присутствует ряд веществ, обладающих собственной радиоактивностью, — процессом самопроизвольного распада вещества. Этим свойством обладают изотопы урана, полония, стронция и ряда других веществ. По сути, этим свойством обладает большинство элементов, однако у абсолютного большинства из них время распада очень велико, и мы будем считать такие вещества стабильными.
Для характеристики радиоактивности вводят понятие времени полураспада () — усреднённое время, за которое выделенная масса чистого вещества распадётся на половину (т.е. по прошествии данного отрезка времени в выбранной нами массе останется половина массы радиоактивного вещества и половина образовавшихся продуктов). Данная величина является табличной.
Для описания процесса распада используют закон радиоактивного распада:
(1)
- где
— число не распавшихся ядер,
— изначальное число ядер,
— время распада,
— время полураспада вещества (табличная величина).
Уравнение (1) описывает количество не распавшихся элементов, однако чаще всего в задачах интересуются именно количеством распавшихся элементов:
(2)
- где
— число распавшихся ядер,
— изначальное число ядер,
— число не распавшихся элементов.
Иногда в задачах спрашиваются о химическом количестве или массе не распавшихся ядер, тогда разделим (1) на постоянную Авогадро (), тогда, используя понятие химического количества вещества (
), получим:
(3)
- где
— химическое количество не распавшихся ядер,
— изначальное химическое количество ядер,
— время распада,
— время полураспада вещества (табличная величина).
В случае, если мы домножим левую и правую часть уравнения на молярную массу () и вспомним о массе (
), получим:
(4)
- где
— масса не распавшихся ядер,
— изначальная масса ядер,
— время распада,
— время полураспада вещества (табличная величина).
Вывод: задачи на радиоактивный распад, в целом, достаточно просты. Использование какой-либо из формы (1) — (4) диктуется условиями задачи.