Halveringstid
Halveringstid är den tid det tar för hälften av en radioaktiv mängd att sönderfalla. Det låter som att allt borde vara borta efter två sådana perioder, men det är en vanlig missuppfattning. Sönderfallet följer formeln A = A₀ · (1/2)^(t/T½), och den halverar bara det som finns kvar just då, inte hela ursprungsmängden varje gång.
Räkna igenom det steg för steg: efter en halveringstid återstår hälften, A₀/2. Efter två halveringstider halveras den hälften igen, så en fjärdedel återstår, A₀/4. Efter tre halveringstider en åttondel, A₀/8. Mönstret är (1/2)^n, där n är antal halveringstider, inte n gånger en fast minskning. Enligt formeln går aktiviteten mot noll utan att någonsin bli exakt noll – i praktiken blir den efter tillräckligt många halveringstider så liten att den inte går att skilja från bakgrundsstrålningen.
Olika ämnen har enormt olika halveringstider, och det avgör hur länge strålningen är ett problem. Kol-14 har halveringstiden 5 730 år, vilket gör det användbart för att åldersbestämma gamla organiska fynd – en fjärdedel kvar betyder att omkring 11 460 år har gått. Jod-131, som används inom sjukvården, har halveringstiden bara 8 dygn: efter ett par veckor har det mesta redan sönderfallit, medan ämnen med halveringstider på tusentals år förblir radioaktiva långt efter att du och jag är borta.
En vanlig felkälla i uträkningar är att blanda ihop antal halveringstider med tiden själv. Räkna alltid ut n = t/T½ som ett eget steg, se till att tiden och halveringstiden står i samma enhet, och kontrollera att exponenten är just detta tal, inte tiden delad med dubbla halveringstiden. Fråga dig också vad svaret ska visa: hur mycket som är kvar, eller hur mycket som har sönderfallit. Det är två olika tal.
Formel
A = A₀ · (1/2)^(t/T½)
Under varje halveringstid halveras det som finns kvar, så A = A₀·(1/2)^(t/T½). Minskningen är alltså inte lika stor varje gång – efter två halveringstider finns en fjärdedel kvar, inte ingenting.
aktivitet (A) mäts i MBq.
Det här lär du dig
- Beräkna aktiviteten som är kvar med A = A₀ · (1/2)^(t/T½)
- Förklara varför sönderfallet är exponentiellt och inte linjärt
- Räkna ut hur många halveringstider som har gått genom att dela tiden med halveringstiden
- Skilja på hur mycket som är kvar och hur mycket som har sönderfallit
- Jämföra halveringstider för olika radioaktiva ämnen och koppla det till hur länge strålningen är ett problem
Lösta exempel
Exempel 1
Kol-11 framställs i sjukhusets cyklotron för att märka läkemedel till PET-kameran. Halveringstiden är 20 min. Direkt efter framställningen är aktiviteten 4000 MBq. Hur stor är aktiviteten efter 2 h?
- A = A₀ · (1/2)^(t/T½)
- 2 h = 120 min. A = 4000 MBq · (1/2)^(120 min / 20 min)
- A = 62,50 MBq
- A ≈ 63 MBq
Svar: 63 MBq
Exempel 2
Fluor-18 till PET-undersökningar tillverkas i en cyklotron och körs sedan med bil till ett annat sjukhus. Halveringstiden är 110 min. När leveransen lämnar cyklotronen är aktiviteten 3600 MBq. Bilresan tar 70,6 min. Hur stor är aktiviteten när bilen kommer fram?
- A = A₀ · (1/2)^(t/T½)
- A = 3600 MBq · (1/2)^(70,6 min / 110 min)
- A = 2307,3 MBq
- A ≈ 2310 MBq
Svar: 2310 MBq
Uträkningarna är kontrollerade automatiskt, både enheter och värdesiffror.
Vanliga svårigheter
Antar att allt är borta efter två halveringstider
Du tänker att om halveringstiden är 10 år har allt sönderfallit efter 20 år. Men varje halveringstid halverar bara det som finns kvar just då. Efter två halveringstider återstår en fjärdedel, efter tre en åttondel – aktiviteten går mot noll men blir aldrig exakt noll inom rimlig tid.
Räknar fel antal halveringstider
Du räknar en halvering för mycket eller för lite när du delar tiden med halveringstiden, eller glömmer att först göra om tiden till samma enhet som halveringstiden, till exempel minuter och minuter, inte timmar och minuter. Skriv alltid ut uträkningen t/T½ som ett eget steg innan du sätter in den i exponenten.
Svarar med hur mycket som försvunnit i stället för vad som är kvar
Formeln A = A₀·(1/2)^(t/T½) ger aktiviteten som finns kvar, inte den som har sönderfallit. Har du räknat ut att en fjärdedel återstår av 4 000 MBq är svaret 1 000 MBq, inte 3 000 MBq. Läs frågan noga för att se vilket av de två talen som efterfrågas.
Vanliga missuppfattningar
- Halveringstid ger linjär minskning. Eleven tror att allt har sönderfallit efter två halveringstider. Sönderfallet är exponentiellt: varje halveringstid halverar det som är kvar.
I verkligheten
Ett arkeologiskt fynd av trä innehåller en fjärdedel av den ursprungliga mängden kol-14.
Kol-14 har halveringstiden 5 730 år. En fjärdedel kvar betyder att två halveringstider har gått: 2 · 5 730 = 11 460 år. Fyndet är alltså omkring 11 000 år gammalt – metoden fungerar bra för organiskt material upp till ungefär tio halveringstider gammalt.
En patient får jod-131 för att behandla en överaktiv sköldkörtel.
Jod-131 har halveringstiden 8 dygn. Efter 8 dygn är hälften av aktiviteten kvar, efter 16 dygn en fjärdedel. Redan efter några veckor har det mesta sönderfallit, vilket är en av anledningarna till att just den isotopen går att använda i vården utan att strålningen blir ett långsiktigt problem.
Tips
- Räkna alltid ut antalet halveringstider för sig, n = t/T½, innan du sätter in det i exponenten. Då ser du genast om tiden och halveringstiden står i samma enhet.
- Rita en liten tabell med antal halveringstider och andel kvar: 0 ger hela, 1 ger hälften, 2 ger en fjärdedel, 3 ger en åttondel. Det gör det omöjligt att tro att sönderfallet är linjärt.
- Kontrollera att svaret ligger mellan 0 och A₀, och att det blir mindre ju fler halveringstider som gått men aldrig exakt noll. Ett svar som är större än startvärdet eller exakt noll är alltid fel.
Ur kursplanen
- Fysik åk 7–9 · Fysiken i naturen och samhället
Partikelstrålning och elektromagnetisk strålning, deras användningsområden och risker.
- Fysik nivå 1a2 · Universum, materien och strålning
Radioaktivt sönderfall, joniserande strålning, halveringstid, aktivitet och stråldos. Strålning tillämpad inom medicin och teknik.
- Fysik nivå 1b · Universum, materien och strålning
Radioaktivt sönderfall, joniserande strålning, halveringstid, aktivitet och stråldos. Tillämpningar av strålning inom medicin och teknik.
Källa: Skolverket, centralt innehåll.
Hänger ihop med
Bygger på
- Radioaktivt sönderfall
Leder vidare till
Träna på halveringstid – gratis
Uppgifterna anpassar sig efter hur det går och visar var du behöver träna mer.
Börja träna