Нестабильность в микромире

Мы поместили шарик в ложбинку на вершине горы, и он там лежит в состоянии покоя. Его энергии недостаточно для преодоления барьера, и он останется в ложбинке. Если мы его толкнем, то есть сообщим ему энергию, мы можем почти с уверенностью сказать, достаточно или недостаточно окажется энергии для преодоления барьера. Почему почти с уверенностью? Потому что мы могли не учесть трение, ветер, но все равно точность достаточно высока.

В микромире же рассматривать такие стабильные состояния неправильно. В отличие от шарика молекулы находятся в постоянном тепловом движении, постоянно происходят случайные столкновения с молекулами, энергия которых может быть ниже, а может быть и выше средней. Сами нуклоны не являются частицами, которым свойственно состояние покоя в привычном нам понимании. Поэтому даже если ядро атома находится в состоянии, которое соответствует потенциальной яме, это вопрос вероятности, когда потенциальный барьер все-таки будет преодолен.

Распад отдельного нестабильного ядра предсказать сложно, но мы почти никогда не имеем дело с отдельными атомами. Когда их много, можно выявить определенные статистические закономерности.

Возьмем некоторое количество радиоактивного вещества и отметим количество радиоактивных ядер. Засечем время, через которое распадется половина ядер. Оказывается, если с этого момента засечь снова такой же промежуток времени, по его истечении количество радиоактивных ядер снова уменьшится в два раза. Обратите внимание: распадется не вторая половина от начального количества ядер, а половина от уже оставшихся (см. рис. 8).

Рис. 8. Период полураспада

То есть если взять этот промежуток времени, то количество ядер по его истечении будет в 2 раза меньше, чем в его начале. Этот промежуток времени назвали периодом полураспада, и он для каждого элемента свой, обозначают его обычно большой буквой , иногда . Одни элементы более стабильны, и, чтобы половина ядер распалась, нужно ждать тысячи лет, а другие более радиоактивны, у них период полураспада может составлять часы и минуты.

Период полураспада

Не обязательно работать с промежутком, когда распадается половина ядер. Можно засечь уменьшение, например на 10% или в 3,5 раза. Это будут другие промежутки времени, отличные от периода полураспада, но все равно закономерность будет выполняться. Если взять промежуток времени, за который распадется 10% ядер, то за каждый такой промежуток будет распадаться 10% от начального количества ядер, потом 10% от оставшихся и т. д. Но при расчетах и оценке активности удобно оперировать уменьшением именно в два раза, поэтому часто используют величину период полу распада.