Период полураспада

[Skipper]

Период полураспада является константой для данного радиоактивного ядра (изотопа).
Для различных изотопов эта величина может изменяться от десятков йоктосекунд ( $10^{-24}$ сек) у водорода-7 до более чем $10^{24}$ лет у теллура-128, что многократно превышает возраст Вселенной.
Начиная с 83-го хим.элемента висмута-209 (период полураспада $2 \cdot 10 ^ {19}$ лет), самого долгоживущего изотопа висмута, все следующие элементы (с ещё большим числом протонов в ядре), не имеют стабильных изотопов, то есть все распадаются, имея какой то самый долгоживущий для каждого химического элемента.

Последний "относительно" долгоживущий элемент, имеющий изотоп с периодом полураспада более миллиона лет, это 96-й хим.элемент кюрий-247, имеющий период полураспада $15,8$ миллионов лет,
(следующий, 97-й хим. элемент берклий, имеет самый долгоживущий изотоп берклий-247 имеет период полураспада 1380 лет,
затем следующий, 98-й хим. элемент калифорний, имеет самый долгоживущий изотоп калифорний-251 имеет период полураспада 900 лет,
затем следующий, 99-й хим. элемент эйнштейний, имеет самый долгоживущий изотоп эйнштейний-252 имеет период полураспада 471 суток,
и все следующие химические элементы имеют самые стабильные изотопы- ещё менее долгоживущие, выражающиеся в сутках, затем в часах, минутах, секундах и т.д.
),
можно вывести общий какой то "описательный" закон, формирующийся как какие то "общие принципы",
что 1) есть какое то оптимальное соотношение числа протонов к числу нейтронов в ядре, и после висмута,
это оптимальное соотношение становится всё менее стабильным, при переходе к более тяжелым хим.элементам,
2) для каждого химического элемента, есть самые стабильные изотопы, а отклонения от них, как в сторону бОльшего числа протонов в ядре, так и в сторону бОльшего числа нейтронов в ядре приводит к тому что они быстрее распадаются.

Согласно закону,
Период полураспада конкретного изотопа является постоянной величиной, не зависящей от способа его получения, агрегатного состояния вещества, температуры, давления, химического состава соединения, куда оно входит, и практически любых других внешних факторов, за исключением акта прямого ядерного взаимодействия в результате, например, соударения с высокоэнергетической частицей в ускорителе.

Следовательно, если рассматривать вещество, которое изолировано, например находится в рудных залежах в земной коре, или просто изолировано в лаборатории от внешних взаимодействий, то нельзя никак предсказать, от чего и потому- КОГДА распадётся данное атомное ядро.

Поскольку событие распада имеет квантовую вероятностную природу, то если рассматривать одну структурную единицу материи (частицу, атом радиоактивного изотопа), можно говорить о периоде полураспада как промежутке времени, по истечении которого средняя вероятность распада рассматриваемой частицы будет равна $1/2$ . То есть эта вероятность, "истинно случайная" (в отличии от например генерации псевдорандомных чисел процессором).

Но самым удивительным в этом направлении, кажется тот факт, что "истинно случайным", являются и сами периоды полураспадов изотопов химических элементов!
Как уже выше я сказал, есть конечно какие то общие "описательные" принципы, согласно которым, можно предсказать, что вероятнее, что период полураспада урана-238 окажется больше, чем урана-250, ведь у последнего наблюдается дисбаланс по отношению числа протонов в числу нейтронов,
но конкретные "флуктуации" изотопов, которые находятся "рядом" друг с другом, не имеют физического обоснования?

Например, уран-238 имеет период полураспада $4,5$ миллиардов лет,
в реакторе захватив нейтрон, он превращается
в уран-239, который имеет период полураспада $23$ минуты, и этот, превращается сначала
в нептуний-239, который имеет период полураспада $2,3$ суток, и этот, превращается
в плутоний-239, который имеет период полураспада $24000$ лет.

То есть числа эти все, как бы рандомны (случайны), и не зависят ни от каких то глобальных физических констант, ни вообще в рамках этих флуктуаций, вообще ни от чего не зависят?

Вот если бы в вышестояющей цепочке было бы наоборот, у урана-239 был бы период полураспада $24000$ лет, а у плутония-239 был бы период полураспада $23$ минуты,
то во Вселенной особо ничего в глобальном плане не изменилось бы
Ну были бы немного другими пропорции радиоактивных этих изотопов,
но точно так же были бы звёзды, планеты, образование жизни, и прочее.

Значит я правильно понимаю (?), что такие законы физики, как периоды полураспада, просто никак не из чего не выводятся, это было бы аналогично, как.. "кому то захотелось" (создателю сущего) чтобы вот были просто такими, и всё тут.. и объяснить иначе это нельзя.

(Оффтоп)

"Брудль установил ограничение скорости света. Как только он это сделал, в мире тут же появилась теория кривизны пространства-времени. А спустя несколько десятков лет, прошедших для этого мира, он получил все необходимые значения констант от своих подопытных, которые, кстати, так и не перешли к единой теории всего. «И никогда не придут» — мрачно улыбнулся Брудль, ведь переход на квантовые эффекты был сделан простым условным оператором" (C),

Или же всё таки физика может в будущем, как то ответить и на такие вопросы, как почему периодо полураспада у урана-239 - $23 $ минуты, у плутония-239- $24000 $ лет, а не наоборот?
Насчёт того "когда распадётся" конкретное атомное ядро, исходя из квантовой механики, вроде как физика утверждает, что это в принципе невозможно заранее предсказать: абсолютно чистая теория вероятностей..

[realeugene]

Skipper в сообщении #1681999 писал(а):

Или же всё таки физика может в будущем, как то ответить и на такие вопросы, как почему периодо полураспада у урана-239 - $23 $ минуты, у плутония-239- $24000 $ лет, а не наоборот?

Насколько я понимаю, возможность создания такой более тонкой теории текущим более грубым теориям не противоречит.

[DimaM]

Skipper в сообщении #1681999 писал(а):

Или же всё таки физика может в будущем, как то ответить и на такие вопросы, как почему периодо полураспада у урана-239 - $23 $ минуты, у плутония-239- $24000 $ лет, а не наоборот?

А физика настоящего и конкретно оболочечная модель ядра что по этому поводу сообщает?

[Padawan]

Бывают же хаотические динамические системы. Так и тут - такие сложные системы уравнений на уровни энергии. Ничего удивительного, что период полураспада хаотично изменяется при изменении количества протонов и нейтронов в ядре. Точно его теоретически рассчитать, наверное, только квантовые компьютеры смогут.

[talash]

Интересовался похожим вопросом, вот темки.

Ядро атома. Предсказательная сила моделей.
topic126625.html
Ядро атома. Предсказательная сила моделей. 2
topic126828-15.html

[sergey zhukov]

Padawan
Помню, я тут где-то пример приводил с гравитационно связанной системой типа "Центр притяжения - летающая гантель (тело, состоящее из двух центров притяжения)", когда гантель имеет собственное вращение, противоположное орбитальному. Если эту систему запустить с некоторой положительной полной энергией, то рано или поздно она распадется. В общем, система трех тел - практически то же самое. Хаотические "безвозрастные" системы с некоторой вероятностью распада в ближайшее время $\Delta t$

[drzewo]

sergey zhukov в сообщении #1682275 писал(а):

Помню, я тут где-то пример приводил с гравитационно связанной системой типа "Центр притяжения - летающая гантель (тело, состоящее из двух центров притяжения)", когда гантель имеет собственное вращение, противоположное орбитальному. Если эту систему запустить с некоторой положительной полной энергией, то рано или поздно она распадется. В общем, система трех тел - практически то же самое.

А нельзя ли про это подробней, аккуратней, с формулами?

[sergey zhukov]

drzewo
Нет, нельзя. Это просто правдоподобно звучит.

[chislo_avogadro]

sergey zhukov в сообщении #1682275 писал(а):

В общем, система трех тел - практически то же самое. Хаотические "безвозрастные" системы с некоторой вероятностью распада в ближайшее время $\Delta t$

Это интересно, но вот способны ли механические модели "распада" обеспечить времена жизни, различающиеся на много порядков?

[Skipper]

DimaM в сообщении #1682104 писал(а):

А физика настоящего и конкретно оболочечная модель ядра что по этому поводу сообщает?

Я раньше читал разные книжки по физике, в том числе и по теории атомного ядра.
И нигде подобных разъяснений или расчетов не видел.
Ну, поищу тогда в оболочечной модели ядра, может что-то там есть.

[sergey zhukov]

chislo_avogadro
Зависит, например, от полной энергии. Если она приближается к нулю, то среднее время жизни системы стремится к бесконечности (так мне представляется).

[epros]

Skipper в сообщении #1682351 писал(а):

Ну, поищу тогда в оболочечной модели ядра, может что-то там есть.

Это всё полуэмпирические модели. Они, конечно, имеют определённый предсказательной потенциал. В частности, Оганесян (в честь которого назван 118 элемент) так предсказывал относительно долгоживущие изотопы, которые потом экспериментально обнаруживались в Дубне. Но это всё - очень приблизительно. Теория, претендующая на точность и фундаментальность (Стандартная модель физики частиц), реально к этому пока не приблизилась.