Pierwsza część cyklu znajduje się tutaj.

Mówiąc o promieniowaniu, trzeba wspomnieć o jednym z parametrów, które charakteryzują izotopy promieniotwórcze, czyli czasie półtrwania (zwanym niekiedy czasem połowicznego rozpadu, oznaczanym jako t_1/2 albo τ_1/2). I tu bardzo istotna uwaga, ponieważ to pojęcie jest często niewłaściwie interpretowane. Jeśli mamy pojedynczy atom, nie jesteśmy w stanie odpowiedzieć, kiedy się rozpadnie, nawet jeśli znamy jego czas połowicznego rozpadu. Może się rozpaść po sekundzie, a może też po milionie lat, tego się nie da przewidzieć. Czas półtrwania jest pojęciem statystycznym, a więc dotyczy wielkiego zbioru atomów. Czyli możemy powiedzieć, że jeśli mamy dużą próbkę danego pierwiastka promieniotwórczego, to po czasie równym czasowi półtrwania jego aktywność promieniotwórcza zmaleje o połowę.

Rozpad promieniotwórczy. Wykres spadku aktywności próbki w zależności od czasu
Oś y – % pierwotnej aktywności, oś x – czas. Czas półtrwania – 1 rok.
źródło: Wikimedia, licencja CC BY SA 3.0

I tu kolejna ważna uwaga: dotyczy to aktywności, czyli „siły” promieniowania, a nie masy! Nie jest tak, że np. ze 100 g pierwiastka zostanie 50 g. Przyjrzyjmy się temu dokładniej. Jest sobie atom, powiedzmy uranu-238. Ma on czas półtrwania 4,46 mld lat, a rozpada się, emitując promieniowanie α, przy czym sam zmienia się w tor-234. Masa atomu zmienia się o 4 jednostki, które ulatują w przestrzeń. Oznacza to tyle, że zmiana wynosi niecałe 1,7%. Wniosek: po 4,46 mld lat z próbki 100 g pozostanie nie 50 g, ale 98,3 g – niewielka różnica. Będzie ona jeszcze mniejsza w przypadku izotopów emitujących promieniowanie β. Przykładowo: jod-131 (pamiętamy Czarnobyl!) emitując cząstkę beta (elektron) przekształca się w ksenon-131, przy czym t_1/2 wynosi ok. 8 dni. Masa atomu praktycznie się nie zmienia, bo z jądra wyleciał 1 elektron. Policzmy dokładniej. Jeden elektron ma mniej więcej 1/2000 masy protonu, a więc atom stracił (1/2000)/131=0,00038%. Tyle co nic!

Tak naprawdę nie wiemy, dlaczego jedne izotopy rozpadają się szybciej, a inne wolniej. To wielka tajemnica natury. A zakres tych czasów jest niezwykle szeroki. Egzotyczne izotopy (wodór-5, lit-4, hel-10) mają czas półrozpadu rzędu joktosekund (10^-24s). Na drugim końcu mamy czasy rzędu niewyobrażalnych kwettasekund (10³⁰s), wielokrotnie przekraczający wiek wszechświata.

Kolejną sprawą jest fakt, że czas połowicznego rozpadu jest wartością stałą dla każdego izotopu. Jest zupełnie niezależny od początkowej ilości danego izotopu, jak też od warunków zewnętrznych, takich jak temperatura czy ciśnienie. Nie potrafimy przyśpieszyć ani spowolnić tego procesu. Trzeba to mieć na uwadze w przypadku skażenia promieniotwórczego. Nie istnieje magiczny sposób na likwidację tego promieniowania. Dlatego np. w okolicach Czarnobyla pracowicie zbierano wierzchnią warstwę gleby, po czym była ona składowana w specjalnych miejscach.

Warto zapamiętać regułę, że siedmiokrotna wartość czasu półtrwania to czas, po którym aktywność danego izotopu spada o 99%. Oznacza to, że czarnobylski opad promieniotwórczy na terenie Polski można zaniedbać, jeśli chodzi o jod-131 (7∙t_½ wynosi niecałe 2 miesiące). Inaczej ma się rzecz z cezem-137. Jego t_½ to 30 lat, a więc 7∙30 = 210 lat!
Ważna uwaga: czasami stosujemy pojęcie czasu półtrwania w farmakologii, biochemii czy chemii, mając na myśli procesy inne niż rozpad nietrwałych jąder atomowych (lub cząstek subatomowych). Ten czas półtrwania zależy od wielu czynników, m.in. dawki czy temperatury.

W kolejnym odcinku opiszę, jak się mierzy promieniowanie i gdzie można sprawdzić aktualny poziom radiacji w kraju i Europie.