Радіоактивний розпад
Радіоактивний розпад — спонтанний квантовий процес, у якому нестабільне ядро переходить в інший стан або інше ядро з випромінюванням частинок чи фотонів. Момент розпаду окремого ядра непередбачуваний, але велика сукупність ядер підкоряється точному статистичному закону.
Стала розпаду
Для даного радіонукліда стала λ задає ймовірність розпаду за одиницю часу для ядра, яке ще не розпалося. Для великої кількості незалежних ядер це приводить до N(t)=N₀e^(−λt). Експоненціальний закон описує середню поведінку ансамблю, а не календар життя окремого атома.
Розпад не має пам’яті
Ключова властивість ідеального радіоактивного розпаду — відсутність пам’яті. Ядро, яке вже пережило багато періодів напіврозпаду, не стає «старішим» або ближчим до неминучого розпаду. За умови, що воно ще існує, його ймовірність розпастися в наступний короткий інтервал така сама, як у тотожного щойно утвореного ядра.
Канали перетворення
Альфа-, бета- і гамма-процеси змінюють ядро по-різному. У кожному випадку мають виконуватися закони збереження електричного заряду, енергії, імпульсу та відповідних квантових чисел. Який канал відкритий, залежить від різниці енергій початкового й кінцевого станів та квантових правил переходу.
Активність
Активність A — середня кількість розпадів за секунду; для чистого радіонукліда A=λN. Тому активність зменшується з тією самою експонентою, що й число нерозпадених ядер. Один бекерель означає один розпад за секунду, але показ приладу може бути меншим через неповну ефективність реєстрації.
Вплив зовнішніх умов
Температура, тиск і звичайні хімічні зв’язки зазвичай майже не змінюють швидкість ядерного розпаду, бо ядерні енергетичні масштаби значно більші за хімічні. Для електронного захоплення електронне оточення може дати невеликі зміни, але це спеціальний випадок, а не загальна властивість радіоактивності.
Ланцюги розпаду
Дочірнє ядро може теж бути радіоактивним. Тоді його кількість визначається одночасно швидкістю утворення з материнського нукліда і власною швидкістю розпаду. У довгих природних ланцюгах це створює тимчасову або вікову рівновагу активностей.
Статистика вимірювання
Навіть за сталої середньої активності число зареєстрованих імпульсів за однакові інтервали коливається. Для незалежних подій часто застосовна статистика Пуассона, де типова статистична невизначеність масштабується приблизно як √N. Тому коректне вимірювання потребує фону, ефективності детектора й невизначеності.
Практичний наслідок
Експоненціальна модель дозволяє пов’язувати кількість ядер, активність і час, але вона не робить одиничний розпад детермінованим. Саме поєднання випадковості окремої події та передбачуваності великої вибірки є центральним прикладом квантової статистики в реальному світі.
Вправа
Зразок пролежав дві половини періоду напіврозпаду. Чи мають ядра, що залишилися, більшу ймовірність розпастися в наступну секунду?
Розв’язання
Ні. Розпад не має пам’яті: для даного радіонукліда кожне ядро, яке ще не розпалося, має ту саму ймовірність розпаду за одиницю часу незалежно від свого «віку».