Pussabrukšanas periods
Apskatīt video Khan Academy platformā: 
Half-life
Transkripts:
00:00
- [Aizkadra balss] Šis ir neandertālieša galvaskauss.
00:01
Neandertālieši ir izmirusi cilvēku suga,
00:04
un mēs uzskatām, ka tie izmira
00:05
apmēram pirms 35 līdz 40 000 gadu.
00:08
Un šī ir Zeme, un mēs uzskatām, ka Zeme
00:11
ir apmēram 4,5 miljardus gadu veca.
00:14
Bet mans jautājums vienmēr bija: „Kā mēs to zinām?
00:16
Kā mēs to noskaidrojam?”
00:19
Izrādās, viena no izplatītākajām metodēm ir radiometriskā datēšana,
00:23
kurā mēs izmantojam radioaktīvos izotopus, lai to noskaidrotu.
00:27
Bet kā tas darbojas?
00:28
Kā izmanto radioaktivitāti,
00:29
lai noteiktu, cik vecs kaut kas ir?
00:31
Noskaidrosim.
00:34
Ogleklis-14 ir radioaktīvs oglekļa izotops,
00:36
tas sabrūk par stabilāku izotopu — slāpekli-14.
00:40
Tagad, ja paņemsi jebkādu daudzumu oglekļa-14,
00:42
paņem, cik daudz gribi.
00:44
Ņemsim kādu skaitli, ērtu skaitli,
00:46
teiksim, 100 gramus.
00:48
Laikam ejot, atomi sāks sabrukt,
00:51
un tavs oglekļa-14 daudzums
00:53
sāks samazināties, vai ne?
00:55
Izrādās, ka pēc aptuveni 5730 gadiem
01:00
50 grami oglekļa-14 būs sabrukuši par slāpekli-14
01:04
un tev paliks tikai 50 gramu.
01:07
Mans jautājums tev ir šāds:
01:09
kas, tavuprāt, notiks,
01:10
ja mēs pagaidīsim vēl 5730 gadus?
01:15
Mana intuīcija saka, ka tam tagad vajadzētu kļūt par nulli.
01:17
Visam ogleklim-14 vajadzētu sabrukt.
01:19
Es domāju, tas ir loģiski, vai ne?
01:20
Pirmajā fāzē,
01:22
pirmajos 5730 gados sabruka 50 grami.
01:24
Tagad mēs gaidām tikpat ilgu laiku,
01:26
sabruks vēl 50 grami.
01:27
Acīmredzot, tam vajadzētu kļūt par nulli,
01:29
bet izrādās, ka tā nenotiek.
01:31
Tā vietā mēs atklājam, ka tagad sabrūk puse no šī daudzuma.
01:37
No 50 gramiem sabrūk 25 grami,
01:40
un mums paliek vēl 25 grami.
01:42
Un tā tas turpinās.
01:43
Ja pagaidīsi vēl 5730 gadus,
01:46
puse no šī daudzuma sabruks, un tā tālāk, un tā joprojām.
01:50
Tā izpaužas radioaktivitāte.
01:53
Tas nozīmē, ka neatkarīgi no tā,
01:56
cik daudz oglekļa-14 tev ir,
01:57
nav svarīgi, cik daudz tev tā ir,
01:58
bet, ja pagaidīsi 5730 gadus,
02:01
tas samazināsies uz pusi,
02:02
puse no tā, kas tev ir tagad.
02:04
Un tādēļ to sauc,
02:06
šo skaitli sauc par pussabrukšanas periodu.
02:08
Tas ir skaitlis, kas pasaka, cik ilgi jāgaida,
02:10
lai 50%, puse no vielas daudzuma,
02:13
kas tev ir, sabruktu.
02:14
Tā varētu būt puse no masas, kam jāzūd.
02:17
Tā varētu būt puse no atomu skaita,
02:18
kas tev pašlaik ir, kam jāzūd, molu skaits, vienalga kas.
02:21
Tā ir puse no vielas daudzuma,
02:22
cik ilgi jāgaida,
02:23
lai puse no šī vielas daudzuma sabruktu.
02:26
Aplūkosim citu piemēru.
02:27
Ja paņemsi urānu-238,
02:29
izrādās, ka tas ir radioaktīvs izotops,
02:32
un izrādās, ka jebkurš meitas izotops, ko iegūsti
02:34
pēc sabrukšanas arī piedzīvo vēl vienu radioaktīvu sabrukšanu,
02:37
un tā veidojas virkne,
02:38
bet beigās tas pārvēršas par svinu.
02:41
Bet tas šobrīd nav būtiski.
02:43
Svarīgi ir tas, ka urāna-238 pussabrukšanas periods
02:47
ir apmēram 4,5 miljardi gadu.
02:50
Ko tas nozīmē?
02:52
Tas nozīmē, ka, ja paņemsi kādu daudzumu
02:54
urāna-238, atkal, nav svarīgi,
02:56
cik daudz tu paņemsi tieši tagad,
02:58
ņemsim kādus 68 gramus.
03:00
Tev ir 68 grami urāna-238.
03:02
Ja pagaidīsi 4,5 miljardus gadu,
03:06
šis daudzums samazināsies uz pusi.
03:08
Kas notiks, ja pagaidīsi
03:09
vēl 4,5 miljardus gadu?
03:10
Atkal, šis daudzums nepazudīs.
03:13
Atkal tas samazināsies uz pusi,
03:16
un tas turpināsies.
03:17
Pussabrukšanas periods.
03:18
Katram radioaktīvajam izotopam būs savs pussabrukšanas periods.
03:22
Bet lielais jautājums ir:
03:23
kāpēc radioaktivitāte notiek šādi?
03:25
Lai to labāk saprastu, uzspēlēsim spēli.
03:28
Ieliksim istabā 100 miljonus cilvēku
03:31
un katru minūti metīsim monētu.
03:34
Ja uzmetīsi ciparu, tu esi ārā,
03:36
spēle ir beigusies, tu atstāj istabu,
03:38
bet, ja uzmetīsi ģerboni, tu paliec istabā,
03:39
gaidi vēl vienu minūti un met monētu atkal.
03:41
Un tu turpini to darīt.
03:43
Mans jautājums tev ir:
03:44
kas notiks pēc minūtes?
03:45
Mēs sākam spēli, gaidām minūti,
03:47
visi met monētu.
03:49
Cik cilvēku paliks istabā pēc vienas minūtes?
03:52
Tu teiktu, ka monētas mešana ir nejaušs notikums,
03:54
tāpēc ir 50% iespēja uzmest ģerboni vai ciparu.
03:58
Ja es skatos uz vienu konkrētu indivīdu, man nav ne jausmas,
04:01
vai šis cilvēks uzmetīs ģerboni vai nē,
04:04
ģerboni vai ciparu.
04:04
Bet, tā kā man ir 100 miljoni cilvēku,
04:07
sāk darboties statistika.
04:08
50% no šīs grupas uzmetīs ģerboni,
04:11
un apmēram 50% uzmetīs ciparu.
04:13
Tas nozīmē, ka puse no viņiem paliks istabā,
04:16
un otra puse būs aizgājusi.
04:17
Tātad istabā būs 50 miljoni, vai ne?
04:21
Tagad turpinām.
04:23
Mēs gaidām vēl vienu minūti.
04:25
Kas, tavuprāt, notiks?
04:26
Vai tu domā, ka tagad visi 50 miljoni pametīs istabu?
04:30
Nē, tu teiktu:
04:31
„Notiks tas pats, kas iepriekš!”
04:33
Jo atkal, tā kā ir nejauša iespēja,
04:36
50% no viņiem uzmetīs ģerboni, 50% uzmetīs ciparu.
04:39
Atkal, tikai 50% no šiem paliks.
04:41
Tas ir, 25 miljoni paliks,
04:44
un šādi spēle turpināsies.
04:46
Vai tu saskati paralēli starp šiem diviem gadījumiem?
04:49
Jo monētas mešana ir gandrīz nejaušs notikums,
04:52
ja es koncentrētos uz vienu konkrētu indivīdu,
04:55
šis cilvēks varētu izdzīvot spēlē
04:56
vēl 100 metienus
04:58
vai arī pamest istabu jau nākamajā minūtē.
05:00
Man nav ne jausmas.
05:01
Es nevaru komentēt, kas notiek individuāli,
05:04
bet, tā kā mums ir 100 miljoni,
05:06
statistika kļūst nozīmīgāka.
05:08
Es varu pateikt, ka 50% no tiem ir jāturpina sabrukt,
05:12
50% no viņiem ir jāaiziet.
05:14
Kaut kas ļoti līdzīgs notiek arī šeit.
05:17
Ja paņem vienu atomu,
05:19
nav iespējams paredzēt, kas notiks.
05:21
Tas var sabrukt jau nākamajā sekundē
05:23
vai arī nesabrukt vēl miljardu gadu.
05:26
Par to vispār nav iespējams spriest.
05:28
Bet, ja paņem miljardiem un triljoniem,
05:31
un triljoniem atomu kopā,
05:32
ja paņem ļoti daudz atomu,
05:34
tad statistika kļūst nozīmīga.
05:37
Un 4,5 miljardos gadu,
05:39
ja puse no tiem sabrūk,
05:41
tad vēl pēc 4,5 miljardiem gadu
05:42
atkal jāsabrūk tikai pusei no tiem,
05:45
un tāpēc tam jāturpinās.
05:46
Vai tas nav loģiski?
05:47
Padomā par to brīdi.
05:48
Galvenais ir tas, ka radioaktivitāte ir nejaušs process,
05:52
un tāpēc varbūtība,
05:54
ka radioaktīvs atoms sabruks
05:56
jebkurā brīdī ir 50 pret 50.
05:58
Ir 50% iespēja, ka tas sabruks,
06:00
un 50% iespēja, ka nesabruks.
06:01
Tas ir iemesls, kāpēc statistika darbojas,
06:05
un, starp citu, nav absolūti nekādu iespēju,
06:07
kā tu varētu ietekmēt šīs iespējas.
06:09
Tu nevari darīt neko, kas, teiksim, piespiestu to sabrukt
06:12
vai apturētu tā sabrukšanu.
06:14
Viss, ko tu vari darīt, ir tikai sēdēt un vērot.
06:17
Tas arī nozīmē, ka pussabrukšanas periods
06:19
radioaktīvam paraugam ir fiksēts.
06:22
Piemēram, ogleklim-14 vienmēr ir pussabrukšanas periods
06:24
5730 gadi. Punkts.
06:26
Nav svarīgi, cik daudz oglekļa-14 tu paņem,
06:29
kādos apstākļos tu to paņem, nekas no tā nav svarīgs.
06:31
Līdzīgi, urāna-238 pussabrukšanas periods
06:33
vienmēr būs 4,5 miljardi gadu. Viss.
06:36
Un tas ir lieliski,
06:37
jo, ne tikai skatoties uz pussabrukšanas periodiem,
06:39
var pateikt, kuri izotopi ir radioaktīvāki.
06:44
Es domāju, kurš no šiem diviem, tavuprāt, ir radioaktīvāks?
06:47
Ogleklim-14 ir nepieciešami tikai apmēram 5700 gadi,
06:52
lai sabruktu līdz pusei no sākotnējā daudzuma.
06:53
Bet urānam vajag apmēram 4,5 miljardus gadu.
06:55
Tātad tu uzreiz vari redzēt,
06:56
ka, tā kā tam ir īsāks pussabrukšanas periods,
06:58
ogleklim-14 jābūt radioaktīvākam.
07:00
Jo īsāks pussabrukšanas periods, jo ātrāk tas sabrūk,
07:03
jo radioaktīvāks kaut kas ir.
07:04
Ir izotopi, kuru pussabrukšanas periods ir tikai dažas sekundes.
07:08
Jebkurā gadījumā, ir viena liela atšķirība
07:11
starp spēli, ko mēs spēlējām,
07:12
un to, kā radioaktivitāte norisinās realitātē.
07:15
Kāda ir šī atšķirība?
07:15
Pabīdīšu šo nedaudz malā.
07:18
Ja atgriežamies pie spēles, ko spēlējām,
07:21
un mēģinām uzzīmēt grafiku.
07:22
Uz Y ass mēs attēlosim skaitu
07:24
cilvēku, kas ir palikuši,
07:25
un uz X ass mēs zīmēsim pussabrukšanas periodu skaitu.
07:28
Sākotnēji mums bija 100 miljoni cilvēku,
07:31
tātad 100% no viņiem bija palikuši,
07:33
un viņi palika istabā apmēram minūti.
07:35
Tad viņi meta monētu,
07:36
un tad šis skaits nekavējoties samazinājās uz pusi,
07:40
uz pusi, 50%.
07:41
Un tad atkal viņi palika istabā minūti,
07:43
un tad atkal tas nekavējoties samazinājās uz pusi,
07:45
un tā tas turpinājās, vai ne?
07:47
Atšķirība ir tā, ka reālā radioaktivitātē
07:50
tas nenotiek šādi.
07:51
Nav tā, ka 68 grami paliks 68 grami
07:53
4,5 miljardus gadu
07:55
un tad pēkšņi samazināsies līdz 34 gramiem kā šeit.
07:57
Tā vietā radioaktivitāte ir nepārtraukts process,
08:01
izotopa daudzums nepārtraukti —
08:05
viss, kas tev ir, nepārtraukti sabruks.
08:07
Šis skaitlis nepārtraukti samazināsies.
08:09
Un īstais grafiks, ko tu iegūsi,
08:11
būs drīzāk līkne, kas izskatās šādi.
08:15
Bet būtība ir tāda,
08:16
ka, ja nogaidīsi vienu pussabrukšanas periodu,
08:19
kas ogleklim-14 varētu būt 5730 gadi
08:21
vai 4,5 miljardi gadu urānam-238.
08:24
Bet, ja nogaidīsi vienu pussabrukšanas periodu, skaties,
08:26
daudzums samazinās līdz 50%.
08:28
Un tad, ja nogaidīsi otro pussabrukšanas periodu,
08:30
vēl vienu pussabrukšanas periodu, daudzums samazinās līdz 50% no tā,
08:34
kas ir 25%, un tā tālāk.
08:37
Tas mūs noved pie sākotnējā jautājuma.
08:40
Kā noteikt lietu vecumu?
08:41
Piemēram, kā noteikt, cik veca ir Zeme?
08:44
Ģeologi izmanto tā sauktos cirkona kristālus.
08:47
Es tev pastāstīšu, kas šajos kristālos ir tik īpašs.
08:48
Tie absolūti "necieš" svinu.
08:51
Mēs neuztrauksimies par to, kāpēc tā ir,
08:53
bet tā, izrādās, ir taisnība.
08:54
Bet pieņemsim, ka tu atrodi cirkona kristālu,
08:56
un iekšpusē tu atradīsi nedaudz urāna
08:59
un arī nedaudz svina.
09:01
Un, lai būtu vienkārši skaitļi,
09:02
es vienkārši ņemu 10 miligramus
09:04
un 10 miligramus šeit, labi?
09:05
Bet tad tu jautā, no kurienes radies šis svins?
09:08
Tu saproti, ka liela daļa šī urāna ir radioaktīva,
09:13
un šis svins noteikti ir radies no urāna sabrukšanas.
09:17
Nav cita veida, kā šis svins šeit varēja nonākt.
09:21
Un tas nozīmē, ka tu secini,
09:23
ka sen, tad, kad šis kristāls izveidojās,
09:27
visiem šiem svina atomiem bija jābūt urānam
09:30
sākumā.
09:31
Un tad sabrukšanas dēļ tie pārvērtās par svinu.
09:35
Un tā tu secini,
09:36
ka, iespējams, kad kristāls veidojās,
09:38
tev bija jābūt apmēram 20 miligramiem urāna.
09:42
Bet pagaidi, paskaties, ko tas nozīmē.
09:45
Tas nozīmē, ka apmēram puse urāna atomu ir sabrukuši.
09:48
Un, tā kā mēs zinām, ka urāna pussabrukšanas periods
09:51
vienmēr ir 4,5 miljardi gadu,
09:53
tu saki: „Aha, apmēram 4,5 miljardi gadu
09:56
ir pagājuši kopš kristāla veidošanās brīža!”
10:01
Es zinu, ka tas ir pārāk vienkāršoti,
10:03
bet tu saproti ideju, vai ne?
10:04
Tagad, lai noteiktu visas Zemes vecumu,
10:06
mēs pētām daudzus šādus iežus,
10:08
kurus mēs uzskatām par ļoti veciem,
10:09
un mēs atklājām, ka gandrīz daudzi no vecākajiem ir datējami
10:14
ar apmēram 4,5 miljardu gadu vecumu.
10:15
Un tā mēs secinājām,
10:17
ka, iespējams, Zeme izveidojās
10:18
apmēram pirms 4,5 miljardiem gadu.
10:21
Labi, bet kā ar neandertāliešu kauliem?
10:24
Mēs izmantojam ļoti līdzīgu tehniku,
10:26
bet urāna vietā,
10:27
jo urāna sabrukšana notiek
10:30
daudz ilgākā laika posmā.
10:32
Mēs izmantojam oglekļa datēšanu.
10:34
Visos dzīvajos organismos, ieskaitot tevi un mani,
10:36
ir radioaktīvais ogleklis-14.
10:40
Un, skatoties, cik daudz oglekļa-14 ir palicis,
10:44
atkal, tas ir pārāk vienkāršoti,
10:45
bet, skatoties uz to, mēs varam novērtēt,
10:48
cik sen šis cilvēks dzīvoja.
10:51
Tāpēc man šķiet, ka radioaktivitāte ir neticami forša.
Eksperta komentārs
Šajā video skaidrots, kā, izmantojot radioaktīvo datēšanu, iespējams noteikt gan Zemes, gan dažādu ģeoloģisko un arheoloģisko objektu vecumu. Tiek ieviests pussabrukšanas perioda jēdziens – laiks, kurā sabrūk tieši puse no radioaktīvā izotopa kodoliem.
Uzsvērts, ka atsevišķa atoma sabrukšana nav prognozējama, taču lielam atomu kopumam pussabrukšanas periods ir stingri noteikts un nav atkarīgs ne no izotopa daudzuma, ne no tā vecuma. Tieši šī īpašība padara pussabrukšanas periodu par drošu “laika mēru”.
Video parādīts urāna–svina datēšanas piemērs: ja cirkonija kristālā atrodams vienāds daudzums urāna-238 un tā sabrukšanas produkta svina-206, var secināt, ka pagājis viens urāna-238 pussabrukšanas periods, un tādējādi noteikt kristāla (un netieši arī Zemes) vecumu. Noslēgumā minēts, ka organisko materiālu datēšanai izmanto citu metodi – oglekļa-14 sabrukšanu, kas piemērota daudz īsākiem laika intervāliem.
Jēdzieni: radioaktīvā datēšana, radioaktīvie izotopi, pussabrukšanas periods