De halveringstijd in de natuurkunde
Inleiding
De halveringstijd is een term die heel erg veel gebruikt wordt in de Natuurkunde. De naam geeft al wat prijs; de tijd dat een bepaalde stop halveert. Maar niet elke stof kan halveren, waarom is dat? Maar waarom kunnen juist andere stoffen wel halveren?
De halveringstijd
Basis informatie
Een atoom is een deeltje dat bestaat uit protonen, neutronen en elektronen. Een molecuul bestaat weer uit atomen. Een voorbeeld is het bekendste en meest voorkomende molecuul op de aarde, het watermolecuul. Water bestaat uit 2 atomen waterstof en 1 atoom zuurstof, dit molecuul van water is stabiel. Maar water heeft alleen stabiele stabiele moleculen. Je zult daarom nooit een Instabiel watermolecuul tegenkomen. Wel zijn er andere moleculen die Instabiel zijn. Instabiel betekent dat deze moleculen radioactief zijn. In een radioactieve stof zijn de kernen van de atomen instabiel, bijvoorbeeld doordat er te veel kerndeeltjes (protonen en/of neutronen) in zitten.
Activiteit
Een stralingsbron die kernstraling uitzendt noemen we ook wel een radioactieve bron. Radioactieve bronnen verschillen sterk: Bij de ene bron vervallen er per seconde meer instabiele kernen dan bij de andere bron. Het aantal instabiele kernen dat per seconde vervalt, noemen we de activiteit. Hoe groter het aantal vervallende kernen per seconde is, des te groter is de activiteit en des te meer straling zendt de bron uit. De activiteit van een radioactieve bron wordt gemeten in de eenheid becquerel (Bq). Een activiteit van 1 Bq betekent 1 vervallende kern per seconde. Sommige radioactieve bronnen zijn vrij zwak, zoals de lichtgevende wijzerplaat van een oude wekker. De activiteit van zo`n bron is een paar k(ilo)Bq (1 kBq = 1 * 10 tot de macht 3). Maar de activiteit van bijvoorbeeld de stralingsbronnen in een ziekenhuis is veel groter: zo`n honderdduizend M(ega)Bq (1 MBq = 1 * 10 tot de macht 6) of zelfs nog meer.
Jodium
Een goed voorbeeld is jodium, als we kijken naar een jodiummolecuul dat uit 127 kerndeeltjes bestaat is deze niet-radioactief. Maar als we gaan kijken naar de jodiummoleculen waarbij de kernen 128 of 131 deeltjes bevat is deze radioactief. En een radioactief molecuul verliest deeltjes, hierdoor gaat een radioactieve stof na een bepaalde tijd halveren.
Halveringstijd
Radioactief is niet te voorspellen op welk moment een instabiel kern vervalt: het is een toevalsproces. Maar bij een groot aantal instabiele kernen ontstaat er toch een duidelijk regelmaat in dat radioactief verval: In een bepaalde tijdsduur vervalt de helft van de instabiele kernen en wordt de activiteit tweemal zo klein. Ofwel: wordt de activiteit gehalveerd. Die tijdsduur noemen we daarom "de halveringstijd" ook wel "de halfwaardetijd" van de radioactieve stof. Een voorbeeld kan zijn dat de stof met een halfwaardetijd van 180 dagen, eerst 250 MBq heeft en na 180 dagen nog maar 125 MBq heeft. Wat nog wel belangrijk is, is dat de stof niet opeens, zoals in het voorbeeld, op de 180ste dag de helft verliest. Nee, dit gaat in een regelmatig tempo.
De tijd van de halveringstijd
De halveringstijd verschilt per radioactieve stof en kan uiteenlopen van een fractie van een seconde tot een paar miljard jaar. Een radioactieve stof die een korte halveringstijd heeft is de radioactieve stof Jodiumisotoop I-128 (128 kerndeeltjes). Deze radioactieve stof heeft een halveringstijd van 25 minuten. Maar er zijn natuurlijk ook stoffen met een verschrikkelijk lange tijd. Deze radioactieve stoffen doen er soms zo lang om te halveren dat misschien de laatste mens op aarde dit niet meer eens mee kan maken. Een voorbeeld van een radioactieve stof waarbij de halveringstijd immens lang duurt is de stof uraniumisotoop U-238. Deze radioactieve stof heeft wel een halveringstijd van 4,5 miljard jaar.
Conclusie
De halveringstijd kan heel erg verschillen per stof, maar als er niet genoeg kerndeeltjes in het molecuul zit dan is het molecuul radioactief. Er bestaan veel moleculen die radioactief zijn. Maar wat je wel weet van alle moleculen, je ziet ze, maar toch zie je ze niet.