E kísérletben elviekben nincs semmi újdonság, de nekem mégis úgy tűnt, hogy a számítógéppel támogatott változat valahogy izgalomba hozza a tanórán az ifjúságot. Tapasztalataim szerint a mérés alatt szinte mindig megpróbálkoznak a következő beütésszám megjóslásával és ily módon a tapasztalás szintjén is kapcsolatba kerülnek a véletlen fogalmával. E kis didaktikai kitérő után beszéljünk végre a mérésről, amely a felezési idő fogalmát hivatott kísérletileg is bemutatni.
A radioaktív bomlás
Radioaktív alfa-, ill. béta-bomláskor gyakran előfordul, hogy az új atommag nem az összetételének megfelelő legalacsonyabb energiájú állapotban keletkezik, hanem annál magasabb energiával. Az ilyen atommagot gerjesztett atommagnak nevezzük. A gerjesztett atommag fölös energiájától nagyon könnyen, összetételének változtatása nélkül megszabadulhat, miközben fölös energiáit elektromágneses foton formájában kisugározza. Ez a gamma-bomlás. Egy vagy több gamma-bomlást követően a gerjesztett atommag gyorsan az alapállapotba juthat.
Minthogy a gamma-bomlás nem jár összetétel-változással, így nagyon gyors folyamat. Néhány kivételtől eltekintve a gerjesztett atommagok kb.10-19 s felezési idővel szinte megfigyelhetetlenül rövid idő alatt érik el alapállapotukat. Ezért a gamma-bomlást általában csak más, hosszabb felezési idejű, alfa - vagy béta-bomlás kísérő jelenségeként figyelhetjük meg.
1. ábra
Erre a jelenségre nagyon jó példa a 137Cs atommag bomlásából keletkező forró 137Ba izotópok alapállapotba kerülését kísérő gamma-sugárzás. A jelenséget az 1. ábra szemlélteti. Az ábra a 137Cs radioaktív izotóp bomlását mutatja. A 137Cs-atommag 30 éves felezési idővel, béta-bomlással bomlik. Az esetek 6,5%ában a 137Ba-atommag alapállapotban keletkezik, így további bomlás nem történik. Az esetek 93,5%-ban viszont a bomlás a 137Ba gerjesztett, 662 KeV energiájú állapotára vezet. Ez az állapot a legtöbb gamma-bomlás 10-19 s nagyságrendű felezési idejéhez képest igen hosszú - 2,55 perces - felezési idővel, gamma-sugárzás kibocsátása közben alakul át alapállapotú 137Ba izotóppá.
A kísérlet
Ez a folyamat kísérletileg is jól bemutatható. A folyamatosan bomló Cézium mellől a bomlással keletkezett 137Ba 0,1 n salétromsav és 0,1 n ammónium nitrát oldattal jól kioldható. A frissen kioldott izotópok még forróak, tehát készek arra, hogy gamma-sugárzás kibocsátása közben lehűljenek, és stabil Ba izotóppá alakuljanak. E folyamat időbeli lefutását vizsgálhatjuk meg, majd jeleníthetjük meg számítógépünk monitorán. Akinek módjában áll, az használhatja még az NDK-s időkből örökölt berendezést (2.ábra).
2. ábra - A szertárakban esetenként fellelhető NDK-s rataméter izotópkioldója
A stroncium mellől kioldott 137Ba tartalmazó oldatot azonnal egy kisméretű lapos műanyag edénybe fecskendezzük (3. ábra).
3. ábra
Az oldataktivitást a befecskendezést követően azonnal kezdjük el mérni. (4.ábra)
4. ábra
A beütésszámokat az idő függvényében mérve, a felezési idő szépen számolható. A tanórán rendelkezésre álló idő nagyságrendjéhez képest ez a kísérlet a 2,55 perces felezési idő következtében véges idő alatt bemutatható. Az 5. ábrán egy mérés képe látható.
5. ábra
Akinek soha nem volt, vagy csak elkallódott a fent említett NDK-s eszköze, az beszerezheti az alábbi, sajnos nem túl közeli forrásból. (Aki tud közelebbi lelőhelyet, kérjük, értesítsen bennünket!)
Cs/Ba-137IG Isotope Generator Kit. 10uCi.
ELSN Extra Eluting Solution. 250ml.
PLCH Bag of 20 planchets, 1" diameter.
