sönderfaller

Sönderfaller är ett begrepp inom kärnfysik och partikelfysik som beskriver den spontana omvandlingen av en instabil kärna eller partikel till lättare produkter. Sålunda innebär sönderfall att kärnan inte längre är i sitt ursprungliga tillstånd utan lämnar det genom att avge energi och ofta strålning. Begreppet används främst för radioaktiva ämnen och andra instabila system, men termen kan också tillämpas på subatomär fragmentering hos vissa partiklar.

Vanliga typer av sönderfall är alfa-, beta- och gammasönderfall. Alfa-sönderfall innebär utsändning av en heliumkärna (alfapartikel). Beta-sönderfall innebär omvandling mellan protoner och neutroner med elektron- eller positronemission samt neutrino. Gamma-sönderfall är övergång från ett exciterat kärntillstånd till ett lägre energitillstånd med emission av gammastrålning. Vissa kärnor kan även genomgå spontan fission eller elektroninfångning. Sönderfall är i första hand en slumpmässig process, men varje kärna har en konstant sannolikhet per tidsenhet att falla, beskriven av sönderfallskonstanten λ.

Matematiskt följer sönderfallet exponentiell tidsutveckling: dN/dt = -λ N, där N är antalet oförändrade kärnor. Lösningen är N(t) = N0 e^{-λ t}. Halveringstiden T1/2 är ln 2 / λ. Aktiviteten A(t) = -dN/dt = λ N(t) = A0 e^{-λ t} antyder hur snabbt ett prov minskar i antal.

Praktiska tillämpningar inkluderar radiometriska datingmetoder som karbondatering (C-14) och geologisk dating med U-238. Inom medicin används sönderfallande isotoper som technetium-99m och lutetium-177 för diagnostik och terapi. Observation och mätning av utsänd strålning görs med detektorer som Ge-kedjor eller scintillationsdetektorer, och kunskap om λ och T1/2 är central för säkerhet och planering av experiment och behandling. Sammanfattningsvis beskriver sönderfaller den spontana och oförutsägbara omvandlingen som ligger till grund för radioaktiva processer och deras användningar i vetenskap och samhälle.