Können wir, wenn wir den Quanten-Zeno-Effekt (wenn möglich?) ignorieren, die Umwandlung eines Elements in ein anderes in Echtzeit beobachten? Ich spreche von einer mit bloßem Auge sichtbaren Menge, bei der man offensichtliche Änderungen in Farbe, Reflexionsvermögen, Phase, Oberflächenbeschaffenheit usw. sehen kann, die beispielsweise in Sekunden oder Minuten auftreten.
Ich denke, Sie fragen, ob es ein Beispiel für ein natürlich radioaktives Material oder ein bestrahltes Material gibt, dessen Zerfall schnell genug ist, dass Sie eine Probe mit einem Satz physikalischer und chemischer Eigenschaften herstellen, eine begrenzte Zeit warten und haben können eine Probe, die sichtbar verändert ist.
Dazu müssten Sie eine chemisch signifikante Materialmenge umwandeln, die in einem kleinen Labor im Allgemeinen nicht mit dem Auge beobachtet werden kann.
Nehmen wir zum Beispiel an, wir haben eine Reaktion, bei der die Zerfallsenergie 1 MeV beträgt. Wenn wir ein Mol dieses Materials umwandeln wollten, wäre die gesamte freigesetzte Energie
Das klingt schön und alles, aber es gibt einfach keine Reaktionen in diesem Energie- und Geschwindigkeitsbereich. Die bekannteste Reaktion, deren Geschwindigkeit manipuliert werden kann, ist die Uranspaltung, bei der jede Spaltung etwa 200 MeV freisetzt. Typischerweise werden weniger als 5 % der Uranbrennstoffmasse in einem mehrwöchigen Brennstoffzyklus gespalten. Ich nehme an, Sie haben eine Vorstellung von den Vorsichtsmaßnahmen, die für den Umgang mit abgebrannten Kernbrennstoffen erforderlich sind – es ist machbar, aber keine Labordemo.
Ein weiteres Beispiel: Wenn jede Spaltung 2–3 Neutronen und 200 MeV Energie freisetzt, waren bei der ~60-Terajoule-Explosion über Hiroshima im Jahr 1945 etwa ein halbes Mol spaltendes Uran und etwa ein Mol – ein Gramm – freie Neutronen beteiligt.
Ihre andere Option für eine beobachtbare Umwandlung wäre der Zerfall von Tritium zu Helium, das eine ziemlich kurze Halbwertszeit (12 Jahre) und eine ziemlich niedrige Zerfallsenergie (etwa 0,020 MeV) hat. Natürlich sind sowohl Tritium als auch Helium in reinem Zustand bei Raumtemperatur farblose Gase, daher müssten Sie eine andere Eigenschaft verwenden, um den Zerfall zu beobachten. (Zum Beispiel hat Helium-3 bei einer bestimmten Massendichte den doppelten Druck von Wasserstoff-3, da Wasserstoff H bildet Moleküle und Helium ist einatomig.)
Mit einer Nebelkammer ist das sicher möglich. Hier ist ein schönes Video zur Verwendung: http://www.youtube.com/watch?v=Efgy1bV2aQo
Es gibt viele Anleitungen im Internet, wie Sie Ihre eigene Nebelkammer bauen und den Zerfall von radioaktivem Americium-241 beispielsweise mit einem ionisierenden Rauchmelder beobachten können.
Aufbauend auf @robs Beispiel des Tritiumzerfalls können Sie mit Tritiumwasser beginnen, bei dem Wasserstoff durch Tritium ersetzt wird. Wenn Tritium zerfällt, verwandelt sich das flüssige tritiierte Wasser (z. B. in einem durchsichtigen Behälter) in Gase – Sauerstoff und Helium (eigentlich Helium-3).
BEARBEITEN (13.05.2018): Betrachten wir ein Zahlenbeispiel. Wenn wir anfangs 22 g tritiiertes Wasser haben ( ), es sind etwa 12 ml, da die Dichte von tritiiertem Wasser 1,85 g/cm^3 beträgt ( https://en.wikipedia.org/wiki/Tritiated_water ). Da die Halbwertszeit von Tritium 12,32 Jahre beträgt ( https://en.wikipedia.org/wiki/Tritium ), haben wir in einer Stunde 22,4 1000. (2. (1. - 0.5^(1./365./24. /12,32)))=0,29 ml He3 (da das Volumen eines Mols eines Gases unter normalen Bedingungen 22,4 Liter/Mol beträgt und als ob alle 6 g Tritium in He3 umgewandelt würden, wären das 2 Mol He3) . Diese Gasmenge wäre sichtbar (und ich habe die resultierende Menge an gasförmigem O2 nicht berücksichtigt). Ein weiterer Ansatz - Tritiumzerfall erzeugt eine erhebliche Menge an Energie ( Wie heiß wäre Tritiumwasser? ), sodass Sie mit festem Tritiumwasser beginnen können und ziemlich bald etwas Flüssigkeit haben.
Ich muss darauf hinweisen, dass sowohl dmckee als auch DavePhD falsch sind, wenn sie implizieren, dass Sie eine nukleare Transformation beobachten, wenn Sie Klicks in einem Geigerzähler zählen oder Spuren in einer Nebelkammer beobachten. So funktioniert die Quantenmechanik nicht. Es gibt keine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen Zerfallsereignissen und Detektionsereignissen. Hier drüben ist eine Probe, und es wird angenommen, dass von Zeit zu Zeit Zerfallsereignisse auftreten; und da drüben ist ein Detektor, und von Zeit zu Zeit tritt ein Detektionsereignis auf. Es gibt weder eine theoretische noch eine experimentelle Grundlage für die Behauptung, dass jedes Detektionsereignis einem bestimmten Zerfallsereignis entspricht.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass ich damit recht habe.
Danu
Phizzy
dmckee --- Ex-Moderator-Kätzchen
anna v
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