Halfweertstiet

Vun Wikipedia
Wesseln na: Navigatschoon, Söök

De Halfweertstiet (as Formelteken t½) is de Tietduer, de en exponentiellen Vörgang bruukt, bit en mit de Tiet afnehmen Weert op de Hälft rünner gahn is. Bi en Vörgang mit exponentiell Wassdom warrt vun de Verdubbeltiet snackt.

En exponentiell Vörgang liggt vör, wenn de Ännern mit de Tiet proportschonal is to de Mengde sülvst. Bekannte Vörgäng vun disse Oort sünd t. B. de Mengdenafnahm bi radioaktiv Nukliden oder de Mengdentonahm bi bioloogsch Wassdomsvörgäng.

To’n Verkloren[ännern | Bornkood ännern]

En Mengde, vun de na de Halfweertstiet blots noch de Hälft överbleven is, halbeert sik in de nächsten Halfweertstiet nochmol wedder. Dormit blifft denn blots noch 1/2 · 1/2 = 1/4 vun de Anfangsmengde na. Vergeiht noch en wietere Halfweertstiet is blots noch 1/8 över, denn 1/16, 1/32, 1/64 un so wieter. Man, dat gellt blots as statistischen Middelweert, also wenn to’n Bispeel de radioaktive Proov, de bekeken warrt, ut en grote Tall vun Atomen besteiht. För en enkelten Atomkarn kann aver nich vörutseggt warrn, wanneer de verfallt - een kann blots en Wohrschienlichkeit angeven för en Ümwanneln in en vörgeven Tiet (Verfallswohrschienlichkeit oder Verfallskonstante λ). Dorbi is de Wohrschienlichkeit för en Verfall binnen de eersten Halfweertstiet 50 %, binnen twee Halfweertstieten 75 %, binnen dree Halfweertstieten 87,5 % usw.

Verfallsgesett[ännern | Bornkood ännern]

De Wohrschienlichkeit för en radioaktiven Verfall kann mathemaatsch as Formel utdrückt warrn. Annahmen, dor is en radioaktiven Stoff mit N0 Atomkarns un de Aktivität A. För de Tall vun Atomkarns dN de in de Tiet dt verfallen sünd, gellt denn:

A = - \frac{\mathrm d N}{\mathrm d t} \qquad \text{mit} \qquad A = \lambda \cdot N
-\lambda \cdot N = \frac{\mathrm d N}{\mathrm d t}
-\lambda \cdot \mathrm d t=\frac{1}{N} \cdot \mathrm d N
\int_0^t -\lambda \cdot \mathrm dt'=\int_{N_0}^N\frac{1}{N'} \cdot \mathrm dN'
-\lambda t =\ln\left(\frac{N}{N_0}\right)
e^{-\lambda t} = \frac{N}{N_0}
N(t)= N_0 \cdot e^{-\lambda t}

Na dit Verfallsgesett sünd also na de Tiet t vun de Utgangskarns N0 noch N(t) över.

Wo gau de Verfall aflöpt, warrt dör de Verfallskonstante λ (Lambda) fastleggt. Dat is de Kehrweert vun de middleren Levensduer vun’n Karn τ = 1/λ, also de Tiet, na denn de Tall vun Atomen üm den Fakter e lütter worrn is. τ ünnerscheedt sik vun de Halftweertstiet t½ blots üm den konstanten Fakter ln(2): t½ = τ · ln(2) ≈ 0,693 · τ.

Statistik vun’n radioaktiven Verfall[ännern | Bornkood ännern]

De radioaktive Verfallsproportschoon, de ok as Aktivität betekent warrt, is de Middelweert vun de Tall vun Verfäll in en geven Tietafsnitt. De wohrhaftige Tall vun Verfäll in disse fasten Tieteenheit folgt de Poisson-Verdelen, de sik bi grode middlere Tall dör en Gauss-Verdelen neeger kamen lett.

Mathemaatsche Definitschoon vun de Halfweertstiet[ännern | Bornkood ännern]

Allgemeen gellt för de Tiet t_{\frac{1}{n}}, na de de Utgangsmengde N_0 op dat 1/n-facke (för de Halfweertstiet gellt n=2) affallen is:

N(t_{\frac{1}{n}})= \frac{N_0}{n} = N_0 \cdot e^{-\lambda t_{\frac{1}{n}}}

Dorna warrt op beid Sieten dör N_0 deelt un de Logarithmus billt.

\ln\left(\frac{1}{n}\right)= -\lambda \cdot t_{\frac{1}{n}}

Ünner de Acht vun de Logarithmusgesetten folgt dorut:

 t_{\frac{1}{n}} = \frac{\ln\left(n\right)}{\lambda}

För de Halfweertstiet gellt in’n sünneren Fall n=2:

 t_{\frac{1}{2}} = \frac{\ln\left(2\right)}{\lambda}

Dorut gellt för dat Verfallsgesett:

N(t)= N_0 \cdot e^{-\lambda \cdot t} \qquad \text{mit} \qquad \lambda = \frac{\ln\left(2\right)}{t_{1/2}}
N(t)= N_0 \cdot e^{- \frac{\ln\left(2\right)}{t_{1/2}}\cdot t}
N(t)= N_0 \cdot e^{-\ln 2 \cdot \frac{t}{t_{1/2}}} \qquad \text{mit} \qquad e^{-\ln 2} = e^{\ln \frac{1}{2}} = \frac{1}{2} (Exponentialgesetten)
N(t)= N_0 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{t}{t_{1/2}}}

Dorut kann een nu seen, dat na de Halfweertstiet jüst de Hälft vun de anfänglichen Karms verfalln sünd.

Bispelen[ännern | Bornkood ännern]

Radioaktive Halfweertstiet[ännern | Bornkood ännern]

In de Karnphysik steiht de Halfweertstiet för de Tietduer, in de en Mengde vun en sünner’t radioaktiv Nuklid op de Hälft torüchgahn is, sikalso in annere Atomen ümwannelt hett. Jeed Nuklid hett sien egen Halfweertstiet as en Konstante. De Tosamenhang vun Mengde un Tiet is över dat Verfallsgesett fastleggt, as dat baven herleidt is.

Halfweetstieten för en poor Isotopen
Element Formelzeichen Halbwertszeit
Tellur 128Te ca. 7·1024 Johr
Wismut 209Bi ca. 1,9·1019 Johr
Thorium 232Th 14,05 Mrd. Johr
Uran 238U 4,468 Mrd. Johr
Uran 235U 704 Mio. Johr
Plutonium 239Pu 24.110 Johr
Kohlenstoff 14C 5.730 Johr
Radium 226Ra 1.602 Johr
Plutonium 238Pu 87,74 Johr
Cäsium 137Cs 30,2 Johr [1]
Tritium 3H 12,36 Johr
Kobalt 60Co 5,3 Johr
Swevel 35S 87,5 Daag
Radon 222Rn 3,8 Daag
Francium 223Fr 22 Minuuten
Thorium 223Th 0,6 Sekunnen
Polonium 212Po 0,3 µs
Beryllium 8Be 9 · 10-17 s[2]

Rein na de Mathematik is en radioaktiven Stoff also nie vullstännig weg, man physikaalsch is mit dat Ümwanneln vun dat letzte Atom en Grenz sett un de Stoff is verswunnen. Faken warrt to’n Afschätzen, wanneer en radioaktive Strahlen keen Bedüden mehr hett för den Minsch oder de Ümwelt, de teihnfacke Halfweertstiet nahmen. Dat heet, dat de Mengde op dat 2-10-facke (= 1/1024) rünner gahn is.

Bi de Opnahm vun radioaktive Stoffen in’n Lief spellt aver nich alleen blots de Halfweertstiet in’n physikaalschen Sinn en Rull, man ok dat Wedderutscheden vun den Stoff dör den bioloogschen Stoffwessel. Ok de kann in enkelte Fäll na en Exponentialgesett aflopen un dormit dör en Halfweertstiet beschreven warrn. Man mutt in den Fall tüschen de physikaalschen un de bioloogschen Halfweertstiet ünnerscheden.

Radiokarbonmethood[ännern | Bornkood ännern]

Hööftartikel: Radiokarbonmethood

Dat radioaktive Kohlenstoffisotop 14C kummt in uns Atmosphäär in en faste Proportschoon to dat bestännige Isotop 12C in’t Kohlenstoffdioxid vör. In de glieke Proportschoon kummt dat Kohlenstoffisotop ok in orgaansch Materie vör, wieldat Kohlenstoff bi de Photosynthess in de Biomasse vun de Planten un över de Nehrmiddelkeed ok in’n Lief vun all Leevwesen inboot warrt. Wenn nu en Organismus dood blifft, warrt keen nee 14C mehr opnahmen, un disse Andeel in’n Lief warrt nu över den radioaktiven Verfall exponentiell weniger mit en Halfweertstiet vun 5730 Johren. Över de Radiokarbonmethood oder ok C-14-Methood kann de restliche Andeel vun dat radioaktive Kohlenstoffisotop bestimmt un över de Proportschoon to dat bestännige 12C utrekent warrn, wo lang de Organismus al dood is.

To’n Bispeel warrt bi’n ollen Balken vun en histoorsch Huus faststellt, dat noch 90 % vun’t oorsprüngliche 14C in de frischen Planten-Biomasse över sünd. För de Tiet, de sietdem vergahn is, gellt also:

t = t_{1/2} \cdot \log_2(0{,}9) = 5730\ \mathrm{a} \cdot \log_2\left(0{,}9\right) = -870{,}98\ \mathrm{a}

Dat heet nix anners, as dat de Boom, ut den de Balken maakt worrn is, vör ruchweg 871 Johren daalhaut weer.

Man, natürlich is de Öllersbestimmen nich op dat Johr nipp un nau. Wo goot dat henhaut is afhangig vun de Mengde vun Material, de för de Proov praat steiht, de Meetduer un de Kalibreeren för den Tietruum. De bruukten Redschoppen hebbt ünnerscheedlich Bedingen. In jüngerer Tiet warrt de Ünnersöken ok komplizeerter, wieldat de Andeel vun C-14 dör bövereerdsche Atomwapenversöken kortfristig anstegen is. Op de annern Siet stiggt aver ok de C-12-Anteil dör’t massenhafte Opböten vun fossile Energiedrägers. Sünners Fundstücken in de Neeg vun Autobahnen warrt dordör bannig swor.

Bioloogsch Halfweertstiet[ännern | Bornkood ännern]

De bioloogsche Halfweertstiet (ok Eliminatschoonshalfweertstiet nöömt) betekent in’n Sünnern de Tiet t1/2 in de en in en bioloogsch Organismus (Plant, Deer, Minsch, Eenzeller) inlagerten radioaktiven, giftigen oder pharmazeutischen Stoff dör’t Tosamenspeel vun all bioloogschen un physikaalschen Vörgäng (Utscheden, Stoffwessel, Verfall usw.) op de Hälft rünnergahn is.

In de Pharmakokinetik warrt as de Halfweertstiet de Tiet betekent, in de de Hälft vun en opnahmen Heelmiddel dör Stoffwessel verbruukt oder utscheedt worrn is. Vun wegen, dat sik de bioloogsche Halfweertstiet ut verscheden Vörgäng tohopensett, de deelwies ünnerscheedliche Afhangigkeiten vun de Konzentratschoon hebbt, is se nich jümmer unafhangig vun de Utgangskonzentratschoon vun’n ünnersöchten Stoff.

Effektiv Halfweertstiet[ännern | Bornkood ännern]

In de effektive Halfweertstiet geiht de physikaalsche jüst so as de bioloogsche Halfweertstiet in.

Bibliometrisch Halfweertstiet[ännern | Bornkood ännern]

In de Bibliometrie warrt bi’t Ünnersöken vun Publikatschonen verscheden Halfweertstieten faststellt. Brooks hett as een vun de eersten Halfweertstieten op dit Rebeet ünnersöcht.

De Halfweertstiet vun Literatur liggt bi ruchweg fief Johr. Dat gellt för Lesen sülvst, aver ok för de Tall vun Zitatschonen. Dat heet, dat en schreven Wark in’n Dörsnitt jeed Johr üm ruchweg 14 % weniger faken ut en Bibliotheek utlehnt oder ziteert warrt as in’t Johr dorvör. Dorvun utnahmen sünd Klassiker un de neesten Warken.

De Halfweertstiet vun Weblenken liggt ruchweg bi 51 Maanden. Dat bedüüdt, dat na een Johr üm un bi 15 % vun all Weblenken nich mehr gellt.

Halfweertstiet bi Autopriesen[ännern | Bornkood ännern]

De Wedderverkoppsweert vun en Auto geiht ok ruchweg exponentiell mit sien Öller na ünnen bi en Halfweertstiet vun 4-5 Johren. Wenn to’n Bispeel en Neewagen 20.000 € köst, hett dat glieke Modell na veer Johr noch’n Weert vun 10.000 € un na acht Johr vun ruchweg 5.000 €.

Borns[ännern | Bornkood ännern]

  1. Physical Review D, Vol. 50, Number 3, 1. Aug. 1994, Review of Particle Properties, p1270
  2. http://atom.kaeri.re.kr/cgi-bin/nuclide?nuc=Be-8