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/T_1/2 , t = henfallstiden, T_1/2 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.

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 cirka 70 dager, mens grunnstoffet strontium ligner på kalsium, og hoper seg derfor opp i beinvev og har veldig lang halveringstid (cirka 49 år).

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/T_{1/2, effektiv} = 1/ T_{1/2, fysisk} + 1/T_{1/2, biologisk}

Ved omgjøring blir den effektive halveringstiden

T_{1/2, effektiv} = T_{1/2, fysisk} x_T_{1/2, biologisk /} T_{1/2, fysisk} + T_{1/2, biologisk}

Hvis den fysiske halveringstiden er mye lenger enn den biologiske halveringstiden, kan vi forkorte, og T_{1/2, effektiv} = T_{1/2, biologisk}. Motsatt, hvis den fysiske halveringstiden er mye kortere enn den biologiske halveringstiden er T_{1/2, effektiv} = T_{1/2, fysisk}.

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.

• radioaktivitet
• isotop