Можно ли изменить период полураспада радиоактивного элемента?

Да, период полураспада радиоактивного элемента можно изменить. Радиоактивный распад происходит, когда нестабильное атомное ядро ​​спонтанно переходит в состояние с более низкой энергией и испускает немного излучения. Этот процесс превращает атом в другой элемент или другой изотоп.

Поскольку радиоактивный распад является спонтанным событием, вы можете подумать, что период полураспада полностью фиксирован и не может быть изменен внешними воздействиями. Однако это утверждение не совсем верно.

Прежде всего, стоит отметить, что время распада отдельного радиоактивного атома совершенно случайно. Невозможно предсказать, когда индивидуальный радиоактивный атом распадется. Период полураспада определенного типа атома не описывает точное количество времени, которое проходит каждый атом перед распадом. Скорее, период полураспада описывает среднее количество времени, которое требуется большой группе атомов, чтобы достичь точки, когда половина атомов распалась.

Период полураспада радиоактивного элемента можно изменить с помощью эффектов замедления времени. Согласно теории относительности, само время может замедляться. Таким образом, все, что переживает время, может получить более длительную эффективную жизнь, если время будет замедлено.

Это можно сделать двумя способами. Путешествие со скоростью, близкой к скорости света, приводит к значительному замедлению времени по сравнению с неподвижным наблюдателем. Например, у ряда радиоактивных атомов, выпущенных через трубку с высокой скоростью в лаборатории, период полураспада будет увеличен по сравнению с лабораторным из-за замедления времени. Этот эффект многократно подтверждался на ускорителях частиц. Время также можно замедлить, применив очень сильное гравитационное поле.

Период полураспада радиоактивного элемента также можно изменить, изменив состояние электронов, окружающих ядро. В типе радиоактивного распада, называемом «захват электрона», ядро ​​поглощает один из электронов атома и объединяет его с протоном, образуя нейтрон и нейтрино. Чем больше волновые функции электронов атома перекрываются с ядром, тем больше у ядра способности захватить электрон.

Следовательно, период полураспада режима радиоактивного распада с захватом электронов немного зависит от того, в каком состоянии находятся электроны атома. За счет возбуждения или деформации электронов атома в состояния, которые меньше перекрываются с ядром, период полураспада можно уменьшить. Поскольку химическая связь между атомами включает деформацию волновых функций атомных электронов, радиоактивный период полураспада атома может зависеть от того, как он связан с другими атомами.

Просто изменив соседние атомы, связанные с радиоактивным изотопом, мы можем изменить его период полураспада. Однако изменение периода полураспада, достигаемое таким образом, обычно невелико. Например, исследование опубликованное в European Physical Journal A, позволило измерить, что период полураспада бериллия-7 при захвате электронов был увеличен на 0,9% за счет окружения атомов бериллия атомами палладия.

Помимо изменения химических связей, период полураспада радиоактивного элемента можно изменить, просто удалив электроны из атома. В крайнем случае этого подхода все электроны могут быть оторваны от радиоактивного атома. Для такого иона больше нет электронов, доступных для захвата, и поэтому период полураспада режима радиоактивного распада электронного захвата становится бесконечным.

Некоторые радиоактивные изотопы, которые могут распадаться только в режиме захвата электронов (например, рубидий-83), можно заставить никогда не распадаться, оторвав все электроны.

Было обнаружено, что другие типы радиоактивного распада, помимо захвата электронов, также имеют период полураспада, зависящий от состояния окружающих электронов, но эффекты меньше. Изменение периода полураспада из-за изменения электронного окружения обычно очень мало, обычно намного меньше 1%.

Когда справочники перечисляют значения периода полураспада различных материалов, они на самом деле перечисляют период полураспада элемента, когда его атомы находятся в состоянии покоя, в основном состоянии и в определенной конфигурации химической связи.

Обратите внимание, что большинство изменений в периоде полураспада период полураспада радиоактивного элемента очень мало. Кроме того, большие изменения периода полураспада требуют сложного, дорогого, высокоэнергетического оборудования (например, ускорителей частиц, ядерных реакторов, ионных ловушек).

Таким образом, вне специализированных лабораторий мы можем сказать, что в хорошем приближении период полураспада не меняется. Например, углеродное датирование и геологическое радиометрическое датирование настолько точны, потому что период полураспада в природе очень близок к постоянному.