Berechnung des gesamten radioaktiven Zerfalls einer Probe einschließlich Tochterprodukten

Ich habe nach Informationen zu diesem Thema gesucht und bin einfach nicht auf das gekommen, was ich zu finden erwarte. Ich bin also zu dem Schluss gekommen, dass ich entweder die falsche Frage stelle (dh falsch formuliere), den falschen Baum anbelle oder nach etwas frage, das einfach nicht einfach zu tun ist. Hier ist ein Überblick über die Art von Problem, das ich im Sinn habe.

Nehmen wir an, ich habe eine bestimmte Probe eines radioaktiven Isotops. Nehmen wir für unser Beispiel an, es sei 1 g Radon-222, das eine Halbwertszeit von 3,8235 Tagen hat. Angenommen, ich möchte die gesamte Zerfallsenergie der Probe über den Zeitraum von einer Woche berechnen.

OK, ich weiß, dass von der Halbwertszeit 0,28 g der Probe nach dieser Zeit übrig bleiben sollten, was bedeutet, dass 0,72 g zerfallen sein werden. Radon-222 zerfällt hauptsächlich auf 5,590 MeV Alphas, also kann ich sagen, dass dies 1,95e+21 zerfallene Atome x 5,590 MeV = ~1e22 MeV Alpha sind, die von der Quelle in diesem Zeitraum abgegeben wurden.

Außer dass Rn-222 zu Po-218 wird, das eine Halbwertszeit von 3,1 Minuten hat, was für den diskutierten Zeitraum signifikant ist. Wir haben also 0,72 g Po-218 und irgendwann im Laufe dieser Woche hergestellt, und wir müssten dann sagen, wie viel davon auch zerfallen ist, und diese Alphas (und eine kleine Anzahl von Betas) hinzufügen auch diese Gesamtleistung. Und dazu muss man wissen, wann der Po-218 geschaffen wurde, da er im Laufe der Woche kontinuierlich gemäß dem exponentiellen Abfall der Halbwertszeit geschaffen wurde. Und es scheint im Prinzip, dass wir ziemlich gut raten könnten, wann dies erstellt wurde, nur basierend auf den Wahrscheinlichkeiten.

Und sobald wir mit Po-218 fertig sind, müssen wir uns sein Tochterprodukt Pb-214 ansehen, das eine Halbwertszeit von 26,8 min hat und daher auch für den fraglichen Zeitraum von Bedeutung ist. Und so weiter, bis wir auf etwas Stabiles stoßen, das stabil genug ist, um für den Zeitraum, nach dem wir fragen, keine Rolle zu spielen (in diesem Beispiel eine Woche – also bis wir zu etwas kommen, dessen Halbwertszeit in einem Vielfachen davon gemessen wird , wir könnten es wahrscheinlich ignorieren).

Ich bin eher ein Computer- als ein Mathe-Typ, aber das sieht langsam nach Kalkül aus, was in Ordnung ist. Ich kann ein Skript erstellen, das dies tut, wenn ich die Berechnungen kenne, die ich durchführen soll, und ich kann es füttern eine Liste von Isotopen, Halbwertszeiten und Zerfallsmodi (und deren Wahrscheinlichkeiten und Energien). Aber ich hatte Schwierigkeiten, die richtigen Gleichungen zu finden, und bin nicht besonders daran interessiert, das Rad neu zu erfinden, weil ich weiß, dass so etwas sehr altmodisch sein muss.

Jeder, der mich in die richtige Richtung weisen kann (oder mir sagen kann, dass ich das aus dem völlig falschen Blickwinkel betrachte), wäre super hilfreich. Und ich bin mit etwas einverstanden, das in Bezug auf seine zeitliche "Auflösung" hinter dem Umschlag liegt - ich versuche nur, die Dinge in die richtige Größenordnung zu bringen, und möchte idealerweise, dass dieser Ansatz mit viel funktioniert von verschiedenen Isotopen (auch wenn es erforderlich ist, eine Haupttabelle verschiedener Zerfallsprodukte für die begrenzte Anzahl von Zerfallsketten zu haben, an denen ich interessiert bin).

TLDR;: Ich habe eine Probe von Rn-222. Wie berechne ich die Gesamtenergie seiner verschiedenen Zerfallsarten im Laufe einer bestimmten Zeit, einschließlich seiner Tochterprodukte?

Danke schön!

Antworten (2)

Ich denke, die Antwort ist, dass die Mathematik ziemlich schwierig ist.

Der Prozess, den Sie beschreiben, ist Teil der 4n+2-Zerfallsreihe für radioaktive Isotope: https://en.wikipedia.org/wiki/Decay_chain Sie beginnen an der Stelle Rn-222.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn Sie nur die Hauptzerfallssequenz betrachten und bei Pb-210 mit einer Halbwertszeit von 22,2 Jahren aufhören, müssen Sie immer noch 6 (sechs!) verknüpfte Differentialgleichungen lösen.

Die Gleichung für die Menge an Rn-222 ist einfach: exponentieller Abfall. Dann wird diese einfache Gleichung Teil der Differentialgleichung für die Menge an Po-218, die sowohl entsteht als auch zerfällt. Dann wird diese Lösung Teil der Gleichung für... Aber Sie sehen das Problem.

Sie könnten sich einfach die Gesamtreaktion von Rn-222 zu Pb-218 mit der Emission von 2 Elektronen und 3 Alphateilchen ansehen, die Gesamtenergiefreisetzung pro Atom von Rn-222 finden und annehmen, dass sie dem einfachen exponentiellen Zerfall von folgt die Rn-222

Vielen Dank für die Antwort! Ich habe über eine Art Kurzform nachgedacht, um dies zu tun - Größenordnungsansätze wie das, was Sie am Ende beschreiben. (Und wieder rechenabhängige Funktionen – es ist nicht so schwer, verknüpfte Funktionen zu erstellen, es kann nur knorrig werden, wenn Sie eine Unmenge von Verknüpfungen haben.) Ich werde weiter darüber nachdenken.

Das erste, was Sie tun können, ist, die Zerfallsklinge zu vereinfachen, da die Äste sehr selten kommen.
Beispielsweise zerfällt Blei-210 nur zu Quecksilber-206 1.9 × 10 6 % der ganzen Zeit.

Da Ihr Zeitrahmen nun 1 Woche beträgt, kann der erste Teil der Kette von Radon-222 bis Blei-210 zu einem Zerfall der Halbwertszeit zusammengebrochen werden 2.82 Tage.
Dies liegt daran, dass die Zwischenprodukte eine Halbwertszeit haben, die viel weniger als 1 Woche beträgt und damit auf der Skala von 1 Woche "sofort" zerfallen. Natürlich müssen Sie
alle Energien, die während dieser Zerfälle freigesetzt werden, zusammenzählen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bei der Untersuchung zerfällt ein Parameter, der als Zerfallskonstante oder Transformationskonstante bezeichnet wird λ wird anstelle der Halbwertszeit verwendet τ .
Diese Konstanten sind darin verwandt λ τ = Protokoll e 2 .

Auch die Gleichungen für Zerfälle sind von der Form N ( T ) = N Ö e λ T statt N ( T ) = N Ö 2 T τ .

Die Gleichungen, die sich auf Zerfallsketten beziehen, werden in vielen Quellen abgeleitet oder angegeben, darunter eine von Harry Bateman , die 1910 veröffentlicht wurde.
Darin zeigt er, wie das Auffinden der Lösungen für die Differentialgleichungen erleichtert werden kann, listet aber auch Lösungen auf, aus denen Sie dies können Extrapolieren Sie die Gleichungen für Zerfälle weiter unten in der Kette.

Eine letzte Sache ist, dass Sie irgendwann Ihre Radonmasse in die Anzahl der Radonatome umrechnen müssen.

Danke schön! Das hat mir geholfen, darüber nachzudenken, insbesondere über den Vorkollaps.