Decadimento radioattivo e datazione radiometrica

La radioattività è la trasformazione spontanea di un nuclide instabile, che risulta nell'emissione di radiazioni. Questo è un processo casuale, quindi tutti i nuclei del campione hanno la stessa probabilità di decadere. Il numero di disintegrazioni per unità di tempo è detto attività, A, che è direttamente proporzionale a N, il numero di nuclei radioattivi.

Lambda, la costante di decadimento, è la probabilità media di decadimento per nucleo per unità di tempo. L'attività viene misurata con rilevatori di radiazioni e ha il becquerel, che è una disintegrazione al secondo, come unità SI.La curie, che è di 37 miliardi di becquerel, è ancora usata per applicazioni su larga scala. Radionuclidi diversi hanno tassi di decadimento diversi.

Poiché l'attività è proporzionale al numero di atomi radioattivi, diminuisce con il tempo al diminuire della quantità di nuclei instabili nel campione. La variazione dell'attività nel tempo è calcolata con un'equazione esponenziale, dove A è l'attività al tempo t, A₀ è l'attività iniziale, lambda è la costante di decadimento, e t è il tempo trascorso da quando l'attività era A₀.L'emi-vita di un radionuclide, t_1/2, è il tempo medio necessario affinché l'attività di un campione scenda alla metà di quel valore. Pertanto, l'equazione può essere riorganizzata per calcolare l'emi-vita dalla costante di decadimento, alla quale è inversamente proporzionale.

L'emi-vita è una proprietà intrinseca di un radionuclide, e varia ampiamente da nuclide a nuclide:il radon-220 ha un'emi-vita di un minuto, mentre il torio-232 ha un'emi-vita di 14 miliardi di anni. Le emi-vite fisse dei radionuclidi sono rilevanti per tecniche come la datazione radiometrica, che stima l'età degli oggetti dalla quantità di radionuclidi presenti in natura. Il rapporto fra il carbonio 14 instabile e il carbonio 12 stabile nelle piante e negli animali viventi corrisponde a quello dell'atmosfera.

Il rapporto viene mantenuto reintegrando il carbonio dall'aria e dal cibo. Dopo la morte, il rapporto carbonio-14/carbonio-12 inizia a diminuire quando il carbonio radioattivo-14 decade emettendo particelle beta. Se un campione ha il 25 percento di carbonio-14 rispetto a quando era in vita, devono essere trascorse due emi-vite:l'oggetto deve avere 11.460 anni.