תארוך רדיואקטיבי: היישומון

כדי לקבוע את גילו של מאובן, אבן או כל פריט עתיק אחר, יש להשתמש בשיטה שנקראת "תארוך רדיואקטיבי". השיטה הזו מבוססת על העיקרון של דעיכה קבועה של חומרים שנמצאים בפריט שאותו אנו רוצים לתאר. כך, אם ידועה לנו הרמה המשוערת של איזוטופ רדיואקטיבי כלשהו  שהיה בפריט בשעה שנוצר או מת, נוכל לחשב את גילו על פי מידת הדעיכה של החומר מאז ועד עכשיו.

היישומון הבא ממחיש את הדעיכה הרדיואקטיבית והאופן בו היא מיושמת בתארוך רדיואקטיבי (לחצו על התמונה):

לפני שנתחיל לעבוד עם היישומון נגדיר כמה מושגי יסוד:

• איזוטופ: חומר בעל כמות פרוטונים זהה לאטום אחר (אותו מספר אטומי), אך בעל מספר נויטרונים שונה (משקל אטומי). יסודות רבים מופיעים בכמה איזוטופים שונים, שהנפוץ מביניהם הוא גם היציב ביותר. במקרה שלנו נעסוק באיזוטופים הנדירים יחסית והלא יציבים אורניום 238 ופחמן 14, שדועכים לעופרת 206 ולחנקן 14 בהתאמה.
• דעיכה רדיואטיבית: פליטת חלקיקים ספונטנית שנעשית מגרעין אטום כדי להביא אותו למצב יציב יותר. אם נפלטים פרוטונים, האטום הופך ליסוד אחר – ואילו אם נפלטים רק נויטרונים האטום אינו משנה את היסוד שלו, אבל הופך לאיזוטופ אחר.
• זמן מחצית חיים: הזמן הדרוש ל-50 אחוז מהאיזוטופים של חומר מסוים לדעוך. לכל איזוטופ יש ערך קבוע של זמן מחצית החיים.

היישומון מחולק לשלושה חלקים שבסופם מופיע משחק שבודק את מידת ההבנה שלכם.

פרק 1: זמן מחצית חיים

הוסיפו למסך גרעיני פחמן – התחילו ב-20-10 גרעינים וראו במסך העליון כמה זמן נדרש לכולם לדעוך. מצד שמאל תוכלו לראות בדיוק כמה גרעינים דעכו. האם קצב הדעיכה קבוע (לינארי) – כלומר כל זמן פחות או יותר קבוע דועך גרעין נוסף? אם לא, באיזה מין קצב מדובר? שימו לב שכשאתם תתחילו את הסימולציה מחדש, הקצב יהיה שונה מעט. אם תוסיפו עוד גרעינים, האם תראו יותר עקביות בין המדידות? מדוע לדעתכם?

כעת נעבור לאורניום. שימו לב לקצב הדעיכה כאן – האם אתם רואים הבדל? במה בא ההבדל הזה לידי ביטוי?

נעבור לאפשרות השלישית – התאמה אישית של קצב הדעיכה. הגדירו את זמן מחצית החיים (הזיזו את הקו המאונך ימינה או שמאל על ציר הזמן) וראו איך משפיע השינוי של זמן מחצית החיים על יציבות החומר. מה לדעתכם הקשר בין יציבות החומר לזמן מחצית חיים? האם החצי השני של החומר יזדקק לאותו זמן כדי לדעוך? מדוע?

פרק 2: קצבי דעיכה

הוסיפו גרעינים למסך (על הדלי יש לחצן הזזה) והסתכלו על קצב הדעיכה בגרף שלמטה. איזו עקומ מייצגת את הדעיכה? מה מייצגת העקומה השנייה? האם העקומות הללו מאששות את מסקנותיכם מהסעיף הקודם בנוגע לקצב הדעיכה (קבוע או לא)? וכאשר אתם מסתכלים על כמות קטנה של גרעינים ומשווים אותה לכמות גדולה של גרעינים, איזה הבדל אתם רואים בגרפים?

שימו לב שבגרפים יש שלוש נקודות שמוגדרות כ"מחציות חיים". מה הן מייצגות לדעתכם? רמז: שימו לב לפערי הזמן ביניהן ולקצבי הדעיכה. האם זה מאשש את המסקנה שלכם מהסעיף הקודם לגבי קצב הדעיכה של החצי השני של החומר?

פרק 3: תארוך רדיואקטיבי

. כל זמן שיצור חי, הוא מחליף פחמן רדיואקטיבי עם הסביבה בתהליך הנשימה שלו ולכן שומר על רמה קבועה של פחמן רדיואקטיבי בגופו. כאשר הוא מת, התהליך הזה מפסיק והפחמן הרדיואקטיבי אינו מתחדש יותר. ככל שהזמן עובר, הפחמן דועך (דבר שניתן למדידה). מאחר שזמן מחצית החיים של הפחמן ידוע, אפשר לחשב את גילם של שרידים שהותיר יצור חי על ידי מדידת כמות הפחמן הרדיואקטיבי (להסבר על החישוב המדויק צפו במצגת כוח הכימיה – האטום).

אותו עיקרון פועל גם על אבן הנפלטת מהר געש, אבל כאן ה"סביבה" היא בטן האדמה, וכשהאבן מתקררת האורניום שבסלע מתחיל לדעוך. זמן מחצית החיים של אורניום 238 גבוה בהרבה מזה של פחמן 14 ומסייע בחישוב גילן של שכבות גאולוגיות.

פרק 4: הבנת השיטה

נסו לזהות את גילם של העצמים השונים בתמונה על ידי בחירת האיזוטופ המתאים (צד שמאל) והזזת הסרגל על פני הגרף בהתאם לאחוז האיזוטופ המתקבל (צד שמאל).