核種の半減期: 放射能と年代学への影響

半減期とは何ですか?

そこには人生の半分または、放射性同位体の半減期は、サンプル内の核の半分が崩壊するのに必要な時間です。これは、不安定な原子核の特徴的な量であり、その安定性の確率的な尺度です。放射性崩壊は量子力学の法則に支配される純粋な量子過程であるため、半減期は物質の量や外部条件 (温度、圧力など) には依存しません。

解釈

半減期が短いということは、急速に崩壊することを意味します (非常に不安定な元素)。半減期が長いということは、元素がより安定していることを示します。

すべての元素には半減期がありますか?

いいえ、すべての化学元素に測定可能な半減期があるわけではありません。一部の同位体は安定しています。たとえば、炭素 12 (¹²C)、酸素-16 (¹⁶O) または鉄-56 (⁵⁶Fe) は、宇宙の年齢に匹敵する時間スケールであっても、自然に崩壊しません。一方、放射性元素ウラン、トリウム、ポロニウムなどには、半減期がマイクロ秒から数十億年まで変化する 1 つ以上の不安定な形 (同位体) があります。

半減期の物理的定義

したがって、化学元素 (より正確には放射性核種) の放射性半減期は \( T_{1/2} \)) と呼ばれることがあり、特定のサンプルの核の半分が自然崩壊するのに必要な時間です。それは核の安定性の尺度です。

時刻 \( t = 0 \) に \( N_0 \) 原子核を含むサンプルの場合、放射性崩壊則は次のようになります: \( N(t) = N_0 \cdot e^{-\lambda t} \)

\(\lambda\) は減衰定数 (\( \text{s}^{-1} \) 内)、
\(t\) は経過時間です。
\( N(t) \) は、時刻 \( t \) に残っている原子核の数です。

半減期 \( T_{1/2} \) は \( \lambda \) と次のように関係付けられます。 \( T_{1/2} = \frac{\ln(2)}{\lambda} \)

同位体の半減期または放射性周期の表

半減期の表（昇順）
要素	アイソトープ	半減期 (秒)	半減期 (可読形式)
ポロニウム	Po-212	0.0000003	0.3μs
リバモリウム	Lv-293	0.061	61ミリ秒
カリホルニウム	CF-251	0.9	0.9秒
フランシウム	FR-223	1320	22分
テクネチウム	TC-99m	21600	午前6時
ヨウ素	I-131	693,728	8.02日
コバルト	コ-60	166,824,000	5.27年
水素	トリチウム	388,435,680	12.32年
炭素	C-14	180,622,080,000	5730年
プルトニウム	Pu-239	760,585,760,000	24 100年
ウラン	U-234	7,740,138,000,000	245,500年
ウラン	U-235	22,174,070,000,000	7億300万年
ウラン	U-238	141,379,620,000,000	44億6,800万年
トリウム	TH-232	443,538,150,000,000	140億5千万年
テルル	Te-128	6.945×10²⁴	2.2×10²⁴ 秒 (約 7×10¹⁶ 年)

比較グラフ（対数目盛）

このグラフは、選択した同位体の半減期を昇順で示しています。対数スケールを使用すると、マイクロ秒から 1024 秒を超えるまでの巨大な差を視覚化することができます。