[물리]방사선의 붕괴

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배경 :
실험방법

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목적 : 방사성 동위원소(radioisotope)의 반감기(half life)를 측정한다.

배경 : 한 시점 t에서 있는 N개의 방사성 동위원소의 핵(nucleus)과 이들 중 시간간격 dt사이에 붕괴되는 핵의 수 dN은 아래의 관계식을 만족시킨다.

- dN = Ndt (1)

여기서는 단위시간당 핵 하나가 붕괴할 확률에 해당하는 비례상수인 “붕괴상수(decay const ant)”로서 방사성 동위원소에 따라 다르다. 식 (1)에서

= -. (2)

이 식을 적분하면 아래의 관계식이 주어진다.

N = N0 (3)

여기서 N0는 초기(t=0)의 방사성 핵의 총수이다. 시점 t에서 붕괴하지 않고 남아 있는 방사성 핵의 수, N(t),가 초기수의 반(N0)이 될 때까지 걸리는 시간, t1/2,을 방사성 핵의 “반감기”라고 일컬으며 식 (3)으로부터 아래와 같이 표현할 수 있다.

t1/2 = = (4)

주기율표의 자연방사성계열중의 Thorium계열은 기체상태인 220Rn(Radon)을 포함한다. 이 방사성동위원소는 반감기의 측정을 위하여 이온화함에 불어서 넣기 쉽고 붕괴를 통한 반감기(t1/2 = 55.6초)가 짧아 붕괴상수의 측정을 통하여 반감기를 결정하는 것이 비교적 쉽다.

이 실험에서 이용되는 이온화함은 220Rn의 붕괴로 방출되는 입자(헬륨의 원자핵, 4He2)가 운동에너지의 대부분을 이온화함 안의 공기분자를 이온화하며 잃는다는 사실에 근거를 두고 방출되는 입자의 수, 즉 붕괴하는 Radon핵의 수를 측정하는 장치이다. 입자와의 상호작용에 의하여 이온화된 공기분자의 양과 음이온(전자)은 그대로 두면 정전기적인 인력에 의하여 대부분 재결합한다. 이온화함의 양극에 높은 양전위를 걸면 음이온(전자)은 양극으로 그리고 양이온은 음극으로 끌려와 두 극 사이를 흐르는 미세한 전류를 형성한다. 이 전류의 크기는 단위시간당 붕괴하는 핵의 수에 비례하며 따라서 전류의 시간에 따른 변화를 관측하면 붕괴하는 Radon핵 수의 시간에 따른 변화율을 결정할 수 있다.

참고 자료

없음