Radioactief verval en radiometrische datering

Radioactiviteit is de spontane transformatie van een onstabiele nuclide, wat resulteert in de emissie van straling. Dit is een willekeurig proces, dus alle kernen in het monster hebben dezelfde kans op verval. Het aantal desintegraties per tijdseenheid wordt de activiteit A genoemd, die recht evenredig is met N, het aantal radioactieve kernen.

Lambda, de vervalconstante, is de gemiddelde kans op verval per kern per tijdseenheid. Activiteit wordt gemeten met stralingsdetectoren en heeft de becquerel, die één desintegratie per seconde is, als SI-eenheid. De curie, die 37 miljard becquerel is, wordt nog steeds gebruikt voor grootschalige toepassingen.

Verschillende radionucliden hebben verschillende vervalsnelheden. Omdat de activiteit evenredig is met het aantal radioactieve atomen, neemt deze af met de tijd naarmate de hoeveelheid onstabiele kernen in het monster afneemt. De verandering in activiteit in de tijd wordt berekend met een exponentiële vergelijking, waarbij A de activiteit op tijdstip t is, A₀ de initiële activiteit, lambda de vervalconstante en t de tijd die is verstreken sinds de activiteit A₀ was.

De halfwaardetijd van een radionuclide, t_1/2, is de gemiddelde tijd die nodig is om de activiteit van een monster tot de helft van die waarde te laten dalen. De vergelijking kan dus worden herschikt om de halfwaardetijd te berekenen op basis van de vervalconstante, waarmee deze omgekeerd evenredig is. De halfwaardetijd is een intrinsieke eigenschap van een radionuclide en varieert sterk van nuclide tot nuclide:radon-220 heeft een halfwaardetijd van één minuut, terwijl thorium-232 een halfwaardetijd heeft van 14 miljard jaar.

De vaste halfwaardetijden van radionucliden zijn relevant voor technieken zoals radiometrische datering, waarbij de ouderdom van objecten wordt geschat op basis van de hoeveelheid natuurlijk voorkomende radionucliden. De verhouding van onstabiele koolstof-14 tot stabiele koolstof-12 in levende planten en dieren komt overeen met die van de atmosfeer. De verhouding wordt gehandhaafd door aanvulling van koolstof uit de lucht en voedsel.

Na de dood begint de koolstof-14 tot koolstof-12-verhouding af te nemen naarmate het radioactieve koolstof-14 vervalt door bètadeeltjes uit te stoten. Als een exemplaar 25%zoveel koolstof-14 heeft als toen het nog leefde, dan moeten er twee halfwaardetijden zijn verstreken. Het object moet 11.460 jaar oud zijn.