halveringstid

Etter én halveringstid er det bare igjen halvparten av det antall nuklider man startet med. Etter to halveringstider er det bare igjen halvparten av halvparten (det vil si en fjerdedel), og så videre.

Halveringstid.

Artikkelstart

Halveringstid er den tiden det tar før antall radioaktive nuklider i en mengde radioaktivt stoff er redusert til halvparten. Det er dermed også den tiden det tar før den radioaktive strålingen fra stoffet er redusert til halvparten. Halveringstiden skrives ofte som T1/2.

Halveringstid brukes også i noen ulike sammenhenger:

  • fysisk halveringstid: gjelder for radioaktive stoffer
  • biologisk halveringstid: gjelder for utskillelse av ett stoff fra en organisme
  • effektiv halveringstid: gjelder for utskillelse av ett radioaktivt stoff fra en organisme
  • økologisk halveringstid: gjelder for reduksjon av ett stoff i et økosystem

Fysisk halveringstid

Alle radioaktive nuklider er ustabile, og søker å oppnå stabilitet enten ved kjerneomvandling (desintegrasjon) og momentan utsendelse av alfastråling eller betastråling, eller ved utsendelse av overskuddsvarme i form av høyenergetisk gammastråling. Radionuklider endres kontinuerlig helt til kjernesammensetningen tilsvarer et stabilt nøytron/proton-forhold. Den fysiske halveringstiden er den tiden det tar fra et gitt antall radionuklider er redusert til det halve som følge av kjerneomvandling/desintegrasjon.

Hver radioaktive nuklide har en unik, fast og karakteristisk halveringstid. Den kan ikke endres som følge av ytre påvirkninger.

Den blir bestemt eksperimentelt ved forskjellige metoder. For radionuklider som henfaller til en stabil (ikke-radioaktiv) nuklide eller til en datternuklide med enda kortere halveringstid, kan man registrere den fallende strålingsintensiteten (henfalls- eller desintegrasjonshastigheten) fra mor-nukliden over tid. Denne intensiteten avtar eksponentielt som vist i Figur 1 og er proporsjonal med uttrykket e(-λt) der λ = ln2/T1/2 , t = henfallstiden, T1/2 er mor-nuklidens halveringstid og ln er den naturlige logaritmen.

For radionuklider (mor-nuklider) som henfaller til en radioaktiv datter-nuklide kan man også bestemme mor-nuklidens halveringstid ved å måle den økende strålingsintensiteten fra datter-nukliden fordi denne gror inn etter hvert som mor-nukliden blir borte. Denne inngroingshastigheten er proporsjonal med uttrykket (1 – e(-λt)) som også kalles inngroingsfaktoren.

Halveringstiden kan variere fra 3·10–7 sekunder hos polonium-nukliden 212Po til over 2·1018 år hos 209Bi (vismut). Tallene er her skrevet på standardform.

238U (uran) har en halveringstid på 4,47·109 år, 226Ra (radium) har 1600 år og 222Rn (radon) har 3,82 dager.

Biologisk halveringstid

Når et stoff tas opp i en organisme, kan stoffet lagres i organer eller vev før det etter hvert utskilles. Biologisk halveringstid er tiden det tar før halvparten av stoffet som er tatt opp i organismen er utskilt.

I likhet med fysisk halveringstid følger som regel utskillingsprosesser en 1. ordens reaksjonslikning. I motsetning til fysisk halveringstid kan en rekke faktorer som alder, kjønn, sykdom, mattilgang og liknende påvirke metabolismen i en organisme og slik påvirke den biologiske halveringstiden. Temperatur er også viktig; fisk utskiller stoffer mye raskere om sommeren enn om vinteren og utskillelseshastigheten i dyr i dvale er ekstrem lav.

Både opptak, akkumulering og utskillelse varierer med et stoffs kjemiske egenskaper og biotilgjengelighet i en tilstandsform, det vil si om stoffet er i en tilstandsform som kan transporteres over biologiske membraner.

Grunnstoffet jod, i form av jodid, kan transporteres raskt via mage–tarm-kanalen til blod, deretter hoper det seg opp i skjoldbruskkjertelen og utskilles via urin med en halveringstid på om lag 138 dager for mennesker. Grunnstoffet cesium følger kalium, fordeles i vev og utskilles med en halveringstid på circa 70 dager, mens grunnstoffet strontium ligner på kalsium, og hoper seg derfor opp i beinvev og har veldig lang halveringstid (circa 49 år).

Effektiv halveringstid

Når radionuklider tas opp i organismer, kan visse nuklider akkumuleres i ulike organer og vev før de utskilles. Når radioaktiviteten i en organisme avtar over tid, kan dette derfor skyldes både fysisk halveringstid og biologisk halveringstid. Med effektiv halveringstid mener vi den tid det tar før en radionuklide er utskilt fra en organisme når vi tar hensyn til både den fysiske og biologiske halveringstiden.

1/T1/2, effektiv = 1/ T1/2, fysisk + 1/T1/2, biologisk

Ved omgjøring blir den effektive halveringstiden

T1/2, effektiv = T1/2, fysisk x_T1/2, biologisk / T1/2, fysisk + T1/2, biologisk

Hvis den fysiske halveringstiden er mye lenger enn den biologiske halveringstiden, kan vi forkorte, og T1/2, effektiv = T1/2, biologisk. Motsatt, hvis den fysiske halveringstiden er mye kortere enn den biologiske halveringstiden er T1/2, effektiv = T1/2, fysisk.

Økologisk halveringstid

Når et økosystem har blitt utsatt for forurensning, for eksempel radioaktivt utslipp eller nedfall, er økologisk halveringstid den tid det tar for at forurensningen i økosystemet er redusert til det halve (50 %). Da tas det hensyn til både fysisk halveringstid, biologisk halveringstid og effektiv halveringstid.

Eksempel

Som følge av Tsjernobyl-ulykken i 1986 ble deler av Norge, særlig Valdres, Nord-Trøndelag og Sør-Nordland, utsatt for radioaktivt nedfall hvor radioaktive cesium-isotoper var dominerende. Den fremherskende teorien på den tiden tilsa at Cs-isotopene raskt ville binde seg til leirmineraler i jord, og at problemet med nedfallet ville løses på kort tid. Det viste seg imidlertid at varigheten av problemet i utmarksområdene langt overskred det som var forventet, det vil si den økologiske halveringstiden økte over tid.

I et begrenset økosystem, for eksempel en innsjø, vil nedfallet treffe innsjøen både direkte og indirekte ved transport fra elver, bekker og avrenning. Ved å måle radioaktiviteten i fisk over tid kunne halveringstiden bestemmes. Halveringstiden var kort få år etter ulykken, men da innsjøen stadig ble tilført radioaktivitet fra omgivelsene økte den økologiske halveringstiden over tid.

Kort tid etter ulykken var halveringstiden for rein samt sau og geit på utmarksbeite også kort (3–4 år), deretter økte halveringstiden og er i dag svært nær den fysiske halveringstiden for radioaktivt caesium (137Cs)

Halveringstid for noen viktige radioaktive nuklider

Grunnstoff Nuklide T1/2 Biologisk Effektiv
Hydrogen 3H 12,3 år 12 dager 12 dager
Karbon 14C 5720 år 40 dager 40 dager
Kalium 42K 12 timer
Kobolt 60Co 5,26 år 10 dager 10 dager
Krypton 85Kr 10,6 år
Rubidium 86Rb 18,7 dager
Strontium 89Sr 51 dager
Strontium 90Sr 28 år 49 år 18 år
Jod 131I 8 dager 138 dager 7,6 dager
Barium 131Ba 11,6 dager
Xenon 133Xe 5,3 dager
Cesium 137Cs 30 år 70 dager 70 dager
Polonium 218Po 3,05 minutter
Radon 222Rn 3,8 dager
Thorium 232Th 1,4·1010 år
Uran 235U 7,038·108 år
Uran 238U 4,468·109 år 15 dager 15 dager
Neptunium 238Np 2,1 dager
Plutonium 239Pu 2,411·104 år 200 år 200 år

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg