Apakah waktu paruh bahan radioaktif berkurang jika suhunya meningkat?
Jika pada suhu tinggi atom lebih intens berinteraksi satu sama lain atau memancarkan foton yang juga bisa membuat inti bergetar. Apakah dalam keadaan ini bahan radioaktif lebih mungkin untuk fisi lebih cepat? Bisakah ini digunakan untuk membuang sampah radioaktif?
Jawaban
Pada tahun-tahun setelah penemuan radioaktivitas, fisikawan dan kimiawan (ingat bahwa Rutherford diberi hadiah Nobel Kimia!) Menyelidiki efek pemanasan zat radioaktif. Mereka tidak dapat mendeteksi efek pada aktivitas, dan oleh karena itu tidak ada efek pada waktu paruh. Ini ditafsirkan (segera setelah atom ditetapkan sebagai inti yang dikelilingi elektron) sebagai bukti bahwa radiasi berasal dari inti.
Argumennya adalah - dan masih - bahwa bahkan pada suhu tungku (katakanlah hingga 3000 K) akan ada gangguan pada konfigurasi elektron tetapi akan jarang atom dilucuti elektron sepenuhnya, dan tabrakan antar nuklir yang hebat akan sangat jarang terjadi. . Hanya tumbukan seperti itu yang kemungkinan besar akan mempengaruhi emisi partikel dari inti yang tidak stabil.
Pada suhu dan kepadatan yang jauh lebih tinggi (misalnya di tokamak atau di bintang) tabrakan antar-nuklir yang hebat akan sering terjadi, dan saya kira paruh waktu inti yang tidak stabil akan berkurang, tetapi sejauh yang saya tahu, ini tidak terjadi. terdeteksi pada suhu terestrial 'biasa'.
Sudah ada dua jawaban yang baik dan benar. Terutama mengingat bahwa OP terutama menanyakan tentang proses fisi, jawaban ini menangkap fisika utama. Saya hanya ingin menunjukkan bahwa ada proses peluruhan di dalam inti atom yang dipengaruhi oleh suhu , bahkan pada skala suhu kamar.
Contoh yang menonjol adalah inti Mössbauer yang terkenal, yang menampilkan peluruhan gamma yang recoilless . Mari kita lihat contoh isotop tipikal dan rantai peluruhannya. 57Co meluruh secara radioaktif (memang dengan penangkapan elektron, yang diberikan sebagai contoh lain dalam jawaban lain) menjadi 57Fe. Yang keren adalah ia berakhir dalam keadaan nuklir 57Fe yang tereksitasi, yang kemudian meluruh dengan melepaskan foton-gamma.
Transisi ini digunakan dalam spektroskopi Mössbauer dan memiliki banyak aplikasi. Salah satunya adalah mempelajari spektrum fonon dan getaran kisi , yang sangat dipengaruhi oleh suhu.
Misalnya yang disebut faktor Lamb-Mössbauer sering kali secara langsung bergantung pada suhu, dan pada gilirannya terkait langsung dengan pelebaran lebar garis alami dan karenanya dengan waktu paruh / peluruhan.
Perhatikan bahwa efek ini tidak datang dari pengaruh langsung pada inti, tetapi dari pengaruh pada saluran peluruhan dan rekoil nuklir yang dihasilkan. Ini menjelaskan mengapa skala energi untuk variasi suhu tidak harus skala nuklir.
Anda tampaknya membingungkan dua konsep terpisah. Waktu paruh isotop radioaktif memberikan kecepatan di mana atom-atom individu secara spontan akan membusuk. Kemungkinan bahan fisil akan mengalami reaksi berantai sangat berbeda dengan waktu paruhnya.
Untuk sebagian besar mode peluruhan radioaktif, paruh isotop radioaktif tidak bergantung pada faktor lingkungan seperti suhu, tekanan, ikatan kimia, medan listrik atau magnet. Ini telah dikonfirmasi oleh eksperimen yang sangat akurat.
Satu-satunya pengecualian yang diketahui adalah bahwa beberapa mode peluruhan radioaktif yang melibatkan elektron dalam atom (seperti penangkapan elektron ) sedikit dipengaruhi oleh ikatan kimia yang dapat mengubah bentuk kulit elektron di sekitar atom. Untuk lebih jelasnya lihat artikel Wikipedia ini .
Yang bergantung pada suhu (dan banyak faktor lingkungan lainnya) adalah penampang neutron bahan fisil - probabilitas bahwa sebuah neutron yang dipancarkan dalam peluruhan satu nukleus akan berinteraksi dengan nukleus lain. Ini pada gilirannya menentukan apakah reaksi berantai akan terjadi atau tidak.
Jawaban lain muncul dengan beberapa kasus eksotis di mana faktor eksternal seperti suhu dapat mempengaruhi beberapa aspek proses nuklir (penampang tangkapan neutron). Namun, jawaban keseluruhannya adalah tidak, suhu tidak mempengaruhi waktu paruh isotop.
Untuk menjelaskan mengapa tidak ada efek, pertimbangkan bahwa (seperti yang Anda sebutkan dalam pertanyaan Anda) apa yang kita rasakan sebagai suhu sebenarnya adalah getaran atom. Anda dapat menghitung energi getaran atom pada berbagai suhu dan Anda akan menemukan bahwa untuk suhu khas yang dicapai dalam reaksi kimia, energinya berada dalam urutan beberapa elektron-volt (eV). Reaksi nuklir, sebaliknya, terjadi pada energi beberapa mega-elektron-volt (MeV).
Jadi reaksi nuklir sekitar enam kali lipat lebih energik daripada reaksi kimia.
Akan tetapi, ada cara untuk mempercepat peluruhan nuklir dengan menambahkan energi. Anda hanya perlu menambahkan energi pada skala MeV. Anda dapat melakukan ini dengan menggunakan pancaran partikel yang intens. Ide ini secara teoritis masuk akal , tetapi belum dikembangkan secara eksperimental.
Ada efek relativistik.
Menurut relativitas khusus, jam yang (relatif) bergerak berdetak lebih lambat. Artinya, pada kecepatan tinggi, sebuah partikel akan bertahan sedikit lebih lama secara rata-rata sebelum membusuk.
Pada suhu yang lebih tinggi, partikel dalam gas akan bergerak lebih cepat, sehingga peluruhan sedikit lebih lambat. Efeknya akan sangat kecil sampai kecepatannya mendekati sebagian kecil dari kecepatan cahaya.
Saya hanya mendengar tentang efek ini yang diamati pada akselerator partikel dan sinar kosmik. Teori tersebut harus berlaku jika Anda dapat memanaskan gas secukupnya sehingga efek relativistik menjadi dapat diamati (yang sulit, untuk sedikitnya), tetapi pada suhu itu Anda akan memiliki semua jenis efek nuklir lainnya.