Puoliintuminen

Puoliintuminen on ajanjakso, jonka kuluessa tietyn määrä hajoaa tai muuttuu puoliksi. Termiä käytetään erityisesti radioaktiivisessa hajoamisessa sekä kemiallisissa prosesseissa, joissa aineen määrä vähenee määritellyn nopeuden mukaisesti. Puoliintumisaika (t1/2) on aika, jonka kuluessa alkuperäisen määrän arvo puolittuu.

Radioaktiivisessa hajoamisessa määrä noudattaa eksponentiaalista kehitystä: N(t) = N0 (1/2)^(t/t1/2) tai N(t) = N0 e^{-λ t}, missä λ on hajoamiskonstantti. Puoliintumisaika t1/2 on yhteydessä λ: t1/2 = ln 2 / λ. Puoliintumisaika on isotoopin ominaisuus ja on käytännössä vakio suurimmalle osalle ulkoisista olosuhteista, kuten lämpötilasta tai paineesta.

Samanlaisia periaatteita sovelletaan myös kemiallisissa reaktioissa, joissa seuraa ensimmäisen kertaluvun kinetiikka. Tällöin t1/2 = ln 2 / k, missä k on reaktionopeusvakio. Toisen kertaluvun reaktioissa puoliintumisaika riippuu aloitusmäärästä.

Puoliintumista hyödynnetään laajasti sekä tutkimuksessa että käytännön sovelluksissa. Radiokemiallisessa ajoituksessa (esim. hiili-14) sekä arkeologisissa ja geologisissa tutkielmissa käytetään hyväksi tunnuslukua, jolla voidaan ajoittaa kohteita sen perusteella, kuinka paljon puolittunut määrä on jäljellä. Lääketieteessä puoliintumisaikaa hyödynnetään säteilyinfrastruktuurien ja säteilylääkkeiden annostelussa sekä diagnostiikassa ja terapiassa. Ympäristötutkimuksessa puoliintumisaikaa käytetään seurantaan sekä jätteen että aineiden hajoamisnopeuden arviointiin. Puoliintuminen kuvastaa siten ajallista kehitystä, joka on keskeinen sekä teoreettisessa mallintamisessa että käytännön päätöksenteossa.