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ウラン(238)(92)Uの原子核数の半分が鉛(205)(82)Pbにまで崩壊するのに要する時間(半減期)をTとする。経過時間t後の(238)(92)Uの原子核数Nuに対する(205)(82)Pbの原子核数Npbの比は、(Npb)/(Nu)=何か? わかる方、お願い致しますm(__)m

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  • gohtraw
  • ベストアンサー率54% (1630/2966)
回答No.1

ウラン238の原子数の変化率はウラン238の原子数に比例するという、 いわゆる一次反応です。ウラン238の原子数をx、比例定数をkとおいて 式を立てると、 dx/dt=kx (1/x)dx=k・dt 両辺を積分して logx=kt+C (logは自然対数、Cは積分定数) ・・・(1) ここで時間ゼロのときの原子数をx0とすると logx0=C ・・・(あ) となり、積分定数が判ります。つまり、 logx=kt+logx0 ということです。この式を変形して logx-logx0=kt log(x/x0)=kt 半減期というのはx/x0=0.5ということなので、 log0.5=kT よってk=log0.5/T ・・・(い) したがって(1)に(あ)と(い)を代入して logx=t・log0.5/T+logX0 logx0-logx=-t・log0.5/T log(x0/x)=-t・log0.5/T x0/x=e^(-t・log0.5/T)・・・(2) となります。 時間ゼロにおいて全ての原子がウラン238だとし、その数がx0だと し、時間tにおけるウラン238の原子数をxとすると、そのとき 鉛の原子数はx0-xなので、求めるべき比は (x0-x)/x=x0/x-1 です。これに(2)を代入すると e^(-t・log0.5/T)-1 これが求めるべき比です。 e^(t・log2/T)-1 とする方がシンプルでいいかもしれませんが・・・

saitakaTS
質問者

お礼

いつもご丁寧な解説ありがとうございますm(__)m とても分かりやすかったです。

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その他の回答 (2)

  • ninoue
  • ベストアンサー率52% (1288/2437)
回答No.3

ウラン238(238U82)は自然崩壊を繰り返して、最終的には鉛206(206Pb82)に落ち着きます。 Wikipedia:ウラン系列 http://www.aomori-hb.jp/ahb3_5_1_05.html ウラン系列 ウラン238 から トリウム234 への崩壊半減期が44.68億年と他の半減期よりも4桁以上大きいので、トリウム234に崩壊したら、直ちに鉛206に変わると考えてもウラン238と鉛206の比率の計算上は誤差は少ないようです。 半減期に関しては同じくWikipediaを参照下さい。 >N(t) = N0 exp(-λt) >loge(2) ≒ 0.693 であることから半減期は崩壊定数から >> T = t(1/2) ≒ 0.693/λ 自然崩壊時の残存原子の割合は N=N0*exp(-0.693t/T) となります。 これらから鉛206/ウラン238の比は (N0-N)/N となるのではないでしょうか。 (なお t,T 等の単位は年、或は時間として単位を合わせて計算する必要があります)

saitakaTS
質問者

お礼

詳しく解説していただきありがとうございましたm(__)m

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  • okormazd
  • ベストアンサー率50% (1224/2412)
回答No.2

#1さんでいいのですが、表示の仕方がちょっと気になります。 (Npb)/(Nu)=exp(t/T・log2)-1=exp(0.693t/T)-1 で、どうでしょう。

saitakaTS
質問者

お礼

ご回答いただきありがとうございましたm(__)m okormazdさんのも参考にさせていただきますm(__)m

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