4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Úvodní problém – sestrojte graf vyjadřující závislost úbytku uranu N t /N 0 na čase.

Prezentace na téma: "4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Úvodní problém – sestrojte graf vyjadřující závislost úbytku uranu N t /N 0 na čase."— Transkript prezentace:

1 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Úvodní problém – sestrojte graf vyjadřující závislost úbytku uranu N t /N 0 na čase t. N 0 … počer atomů uranu v čase t=0 N t … počet atomů uranu v čase t Uran se rozpadá na thorium s poločasem rozpadu T=7.10 8 let.

2 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Mezi počátečním počtem atomů uranu N 0 a počtem zbývajících atomů N t v čase t platí vztah: kde l je rozpadová konstanta prvku, která souvisí s poločasem rozpadu T podle vztahu:

3 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Rozpadovou konstantu l si tedy můžeme vyjádřit jako: Pak dosadíme do vztahu (čas můžeme dosadit v jednotkách „rok“ za předpokladu, že budeme i v dalším postupu pracovat důsledně s touto jednotkou času):

4 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Máme sestrojit graf vyjadřující úbytek atomů uranu v čase (tj. graf N t /N 0 ku času t), vyjádříme si tedy vztah pro poměr N t /N 0 : Pro vyjádření poměru N t /N 0 nemusíme nutně znát počáteční počet atomů N 0. Je zřejmé, že počet atomů rozpadajícího se prvku v čase klesá, na počátku je tedy počet atomů nejvyšší. Můžeme si pak tento počet obecně vyjádřit jako 100%. N t pak představuje procento dosud nerozpadlých atomů.

5 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Vypočteme hodnoty poměru N t /N 0 pro vhodně zvolené časy t tak, abychom mohli sestrojit požadovaný graf (krok na časové ose tedy volíme s ohledem na velikost poločasu rozpadu – pro ilustrativnost grafu je vhodné, aby délka časové osy byla alespoň pětinásobek poločasu rozpadu).

6 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Pak sestrojíme graf:

7 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Obrácené úlohy vycházející z úvodního problému: Úloha 4.1: Určete dobu, za kterou se rozpadne 75% atomu uranu, jestliže víme, že jeho poločas rozpadu je T=7.10 8 let.

8 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Úloha 4.1: Určete dobu, za kterou se rozpadne 75% atomu uranu, jestliže víme, že jeho poločas rozpadu je T=7.10 8 let. Máme vypočítat dobu, za kterou se rozpadne 75% atomů uranu – tj. máme vypočítat dobu, za kterou v systému zůstane zachováno 25% původních atomů uranu.

9 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Poměr N t /N 0 vyjadřuje poměrné zastoupení atomů, které zbyly:

10 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Nyní si vyjádříme čas t: Abychom mohli dosadit do vzorce, potřebujeme ještě znát rozpadovou konstanu l. Známe poločas rozpadu T.

11 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Rozpadovou konstantu l si tedy můžeme vyjádřit jako: Pak dosadíme do vztahu (čas můžeme dosadit v jednotkách „rok“ za předpokladu, že budeme i v dalším postupu pracovat důsledně s touto jednotkou času):

12 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Nyní již můžeme dosadit do vzorce:

13 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Obrácené úlohy vycházející z úvodního problému: Úloha 4.2: Určete jaké procento atomů uranu se rozpadne za 5.10 8 let, jestliže víme, že jeho poločas rozpadu je T=7.10 8 let.

14 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Úloha 4.2: Určete jaké procento atomů uranu se rozpadne za 5.10 8 let, jestliže víme, že jeho poločas rozpadu je T=7.10 8 let. Opět výjdeme ze základního vztahu. Nyní se ptáme přímo na poměr N t /N 0. Abychom ale mohli dosadit do vzorce, potřebujeme ještě znát rozpadovou konstanu l. Známe poločas rozpadu T.

15 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Rozpadovou konstantu l si tedy můžeme vyjádřit jako: Pak dosadíme do vztahu (čas můžeme dosadit v jednotkách „rok“ za předpokladu, že budeme i v dalším postupu pracovat důsledně s touto jednotkou času):

16 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Pak již můžeme dosadit do vzorce: Chceme-li znát procentuální zastoupení prvků, které se nerozpadly, dosadíme za N 0 =100%.

17 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Úloha se ale neptala no množství nerozpadlých atomů, ale na množství atomů rozpadlých, což je doplněk do 100%.

18 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Obrácené úlohy vycházející z úvodního problému: Úloha 4.3: Určete poločas rozpadu radioaktivního prvku, jestliže víme, že za čas t=9,25.10 8 let se rozpadne 60% atomů.

19 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Úloha 4.3: Určete poločas rozpadu radioaktivního prvku, jestliže víme, že za čas t=9,25.10 8 let se rozpadne 60% atomů. Víme, že za danou se rozpadne 60% atomů uranu – tj. za tuto dobu zůstane v systému zachováno 40% původních atomů uranu.

20 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Poměr N t /N 0 vyjadřuje poměrné zastoupení atomů, které zbyly:

21 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Nyní si vyjádříme rozpadovou konstantu l : A protože čas známe, můžeme jej dosadit do vzorce:

22 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Úloha se ale ptá na poločas rozpadu T: Rozpadovou konstantu ovšem již známe a můžeme tedy dosadit do vzorce:

23 4. Úlohy z radiometrie Základy Geofyziky: cvičení, Brno podzim 2007 Řešení úloh: verze4.14.24.3verze4.14.24.3 17,6 dne66,5%3,8 dne712,6 dne42,1%3,8 dne 23244 let57,5%1622 let85388 let34,8%1622 let 39,0.10 9 let60,3%4,5*10 9 let91,49.10 10 let46,0%4,5*10 9 let 45,02 dne51,8%3,8 dne104,38 dne72,1%3,8 dne 52144 let47,3%1622 let111868,5 let72,3%1622 let 65,95.10 9 let53,7%4,5*10 9 let125,18.10 9 let78,6%4,5*10 9 let