مفهوم عمر النصف

مفهوم عمر النصف

هو الوقت اللازم حتى تتحلل نصف ذرات نظير مشع معين إلى نظير آخر، حيث يعتبر نصف العمر خاصية مميزة لأي نظير مشع، حيث تتراوح فترات نصف العمر المحسوبة من أجزاء من المليون من الثانية إلى بلايين السنين، وذلك اعتمادًا على استقرار النواة، الذي يختلف عن حيث نصف العمر البيولوجي ونصف العمر الفعال.

يعتبر نصف العمر في النشاط الإشعاعي هو الفترة الزمنية اللازمة لتحلل نصف النوى الذرية لعينة مشعة حيث تتغير تلقائيًا إلى أنواع نووية أخرى عن طريق انبعاث جسيمات وفوتون طاقة على نحو مكافئ للنواة، حيث أن الفترة الزمنية المطلوبة لمعرفة عدد التفككات في الثانية لمادة مشعة يتناقص بمقدار النصف.

إن عمر النصف يختلف مع كل عنصر، حيث يعتمد عمر النصف على نواة العناصر المشعة، ويبقى ثابتاً للعنصر المشع الواحد في جميع حالته الفيزيائية (الصلبة، السائلة، الغازية)، حيث أنه ثابت للعنصر سواء أكان العنصر نقياً أو متحداً مع غيره من العناصر في صو رة مركب كيميائي .

علاقة عمر النصف بالاضمحلال الإشعاعي

حيث أن الاضمحلال الإشعاعي يُقدر بالانبعاث التلقائي للإشعاع من نواة غير مستقرَّة في العناصر الموجودة في الطبيعة، وتعتبر المادة الخاضعة للاضمحلال الإشعاعي مادة مُشعَّة، ويُقدر الإشعاع المؤيَّن الذي تبعثه المادة نشاطها الإشعاعي.

إن قياس النشاط الإشعاعي للمواد في الطبيعة باستخدام أنبوب (جيجر- مولر) الموصَّل بعدَّاد، حيث يُشار إليهما إجمالًا بعداد جيجر، عند دخول الإشعاع المؤيَّن إلى الأنبوب، تُرسَل نبضة كهربائية إلى العدَّاد وتظهر على شاشة العدَّاد معدَّل العدِّ؛ ويقصد به عدد النبضات الكهربية المتولد، إمَّا لكلِّ ثانية، وإمَّا لكلِّ دقيقة حسب كمية الإشعاع.

فقد يحتوي عدَّاد جيجر أيضًا على أداة تخرج أصوات مسموعة في كلِّ مرَّة يُكتشَف فيها إشعاع مؤيَّن، وبمرور الوقت، يقل هذا النشاط الإشعاعي للمادة بسبب اضمحلال النوى غير المستقرَّة فيه، وإن متوسط الفترة الزمنية التي استغربها نصْف النوى المُشعَّة في العينات الخاضعة للاضمحلال الإشعاعي تسمى بعمر النصف.

يتضمن أي تفاعل نووي نموذجي على جسيمين متفاعلين: نواة مستهدفة ثقيلة وجسيم قصف خفيف، وينتج جسيمين جديدان أيضاً: نواة منتج أثقل وجسيم مقذوف أخف، وفي أول تفاعل نووي مرصود (1919) وصف إرنست رذرفورد النيتروجين بجزيئات ألفا وحدد الجسيمات الأخف وزنًا على أنها نوى أو بروتونات هيدروجين (11H أو P) ونواة المنتج كنظير أكسجين نادر.

أمثلة على حساب عمر النصف

إن النظير المشع الكوبالت (60) المستخدم في العلاج الإشعاعي له عمر نصف يبلغ (5.26) سنة، وبعد فترة نصف العمر تبدأ العينة التي تحتوي في الأصل على (8) غم من الكوبالت (60) لتصبح تحتوي على (4) غم فقط من الكوبالت (60) حيث ستصدر نصف كمية الإشعاع أيضاً.

وبعد فاصل زمني آخر قدره (5.26) سنة، ستحتوي العينة على (2) غم فقط من الكوبالت (60) ولا يتناقص حجم ولا كتلة العينة الأصلية؛ لأن نواة الكوبالت (60) غير المستقرة تتحلل إلى نوى مستقرة من النيكل (60)، والتي تبقى مع الكوبالت الذي لم يتحلل بعد.

معادلات يدخل فيها عمر النصف

هناك معادلة تُستخدم كثيرًا لتحديد المادة المتبقية من مادة مشعة معينة بعد مرور وقت معين، ويتم تحديد ذلك من خلال خصائص مثل نصف عمر المادة وكمية المادة الموجودة في البداية، ولحساب المادة المتبقية علينا الأخذ بعين الاعتبار معلومات معينة نذكر منها ما يأتي:

• كمية المادة بعد مرور الوقت
• الكمية الأولية للمادة
• مقدار الوقت المنقضي
• نصف عمر المادة

يمكن استخدام معادلة أخرى لإظهار كمية النشاط الإشعاعي للمادة بمرور الوقت، اعتماداً على بيانات مهمة نذكر منها ما يأتي:

• نشاط المادة بعد مرور الوقت
• النشاط الأولى للمادة
• مقدار الوقت المنقضي
• نصف عمر المادة