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Warum messen Wissenschaftler die Halbwertszeit?

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Leser @Procrustes getwittert an uns zu fragen: „ Warum messen Wissenschaftler Dinge wie radioaktive Elemente in der Halbwertszeit? Warum nicht einfach das ganze Leben messen?“

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Wenn Sie mit dem Begriff „Halbwertszeit“ nicht vertraut sind, haben Sie vielleicht gehört, dass einer Ihrer Nerd-Freunde ihn verwendet. Wenn sie sich nicht über einen Typen namens Gabe beschwerten und über Dampf und ein Ventil schimpften, benutzten sie es wahrscheinlich in Bezug aufradiometrische Datierung, eine Technik, die die Messung des radioaktiven Zerfalls verwendet, um das Alter von archäologischen Artefakten und Dinosaurierfossilien herauszufinden.

Verfall und Datierung

Im Zentrum jedes Atoms befindet sich eine dichte Region, die als Kern bezeichnet wird und aus Protonen und Neutronen besteht. Bei einigen Atomen sind die Kräfte im Kern ausgeglichen und der Kern ist stabil. In anderen sind die Kräfte unausgeglichen und der Kern hat einen Überschuss an innerer Energie; es ist instabil oder radioaktiv. Diese instabilen Atome zerstören sich aufgrund des Ungleichgewichts im Wesentlichen selbst und zerfallen oder zerfallen. Dabei verlieren sie Energie, indem sie energiereiche subatomare Teilchen (Strahlung) emittieren.

Diese Partikel können typischerweise mit einem Geigerzähler nachgewiesen werden. Bei der Radiokohlenstoff-Datierung, einer gängigen Datierungsmethode für organisches Material, die Kohlenstoff-14 (ein Isotop oder eine Variante des Elements Kohlenstoff) zur Altersbestimmung verwendet, wird für jedes Kohlenstoff-14-Atom ein radioaktives „Beta-Partikel“ produziert zerfällt. Durch den Vergleich der normalen Menge von Kohlenstoff-14 in einem Lebewesen (das ist die gleiche Konzentration in der Atmosphäre) mit der Menge, die in dem zu datierenden Material verbleiben, basierend auf der bekannten Zerfallsrate, können Wissenschaftler ungefähr herausfinden, wie lange sie 're suchen war noch am Leben.

Die Halbwertszeit tritt im Zerfallsprozess auf die Bühne. Während die Lebensdauer jedes einzelnen Atoms zufällig und unvorhersehbar ist,Wahrscheinlichkeitder Zerfall ist konstant. Sie können nicht vorhersagen, wann ein instabiles Atom zusammenbricht, aber wenn Sie eine Gruppe davon haben, können Sie vorhersagen, wie lange es dauern wird. Atome mit gleicher Wahrscheinlichkeit zu zerfallen, zerfallen exponentiell. Das heißt, die Zerfallsrate verlangsamt sich proportional zu der Menge an radioaktivem Material, die Sie haben.

„Viele werden früh im Prozess verschwinden, aber einige werden viel länger andauern“, sagt Dr. Michael Dee, Forscher am Radiokarbonlabor der Universität Oxford. „Es ist ein bisschen so, als würde man (viele) Münzen in den Regen legen. Obwohl sie alle die gleiche Wahrscheinlichkeit haben, von Regentropfen getroffen zu werden, werden viele sofort getroffen und andere bleiben trocken, vielleicht für längere Zeit.“

Es ist leicht, die Halbwertszeit so zu interpretieren, dass sie 'die Hälfte der Zeit, die für den Zerfall der betrachteten Atome benötigt wird', bedeutet, aber es bedeutet tatsächlich 'die Zeitdauer, die für die Hälfte der betrachteten Atome benötigt wird'. verfallen.“ Die Messung sei nützlich bei der radiometrischen Datierung, sagt Dee, denn exponentieller Zerfall bedeute „egal, wie viel radioaktives Material man hat, die Zeit bis zur Hälfte [der Halbwertszeit] ist immer gleich.“

Die gesamte Lebensdauer des Materials wäre dagegen gleich der Lebensdauer des letzten Atoms in der Gruppe, das zerfällt. Da die Lebensdauer eines Atoms zufällig, unschätzbar und im Wesentlichen unendlich ist, wäre es auch das ganze Leben. Es stellt sich heraus, dass es sich um eine nicht sehr nützliche Messung handelt. „Es ist ein bisschen wie eine Münze, die im Regen steht“, sagt Dee. 'Und nie getroffen zu werden, niemals.'