Heading

Argon 40, gaz więziony przez lawę
Metoda potasowo-argonowa jest często stosowana do datowania strumieni lawy, których wiek waha się od miliona do miliarda lat. Kiedy atom potasu 40 rozpada się na argon 40, wytworzony atom argonu zostaje uwięziony przez strukturę krystaliczną lawy. Może się on wydostać tylko wtedy, gdy skała jest w stanie stopionym, dlatego ilość skamieniałego argonu obecnego w lawie pozwala naukowcom datować wiek krzepnięcia.

Potas 40 to radioizotop, który można znaleźć w śladowych ilościach w naturalnym potasie, jest źródłem ponad połowy aktywności ludzkiego ciała: przechodząc od 4 do 5 tys. rozpadów w każdej sekundzie dla 80-kilogramowego człowieka. Wraz z uranem i torem, potas przyczynia się do naturalnej radioaktywności skał, a tym samym do ogrzewania Ziemi.
Ten izotop stanowi jedną dziesięciotysięczną część potasu występującego naturalnie. Pod względem masy atomowej znajduje się pomiędzy dwoma bardziej stabilnymi i o wiele bardziej obfitymi izotopami (potas 39 i potas 41), które stanowią odpowiednio 93,25% i 6,73% całkowitych zasobów potasu na Ziemi. Z okresem połowicznego rozpadu wynoszącym 1,251 miliarda lat, potas 40 istniał w pozostałościach martwych gwiazd, których aglomeracja doprowadziła do powstania Układu Słonecznego z jego planetami.

Dwa kanały rozpadu potasu 40
Schemat rozpadu potasu-40 jest nietypowy. Energia masowa atomu jest większa od energii masowej jego dwóch sąsiadów z rodziny atomów z 40 nukleonami w jądrze: Argonu-40 z jednym protonem mniej i Wapnia-40 z jednym protonem więcej. Potas-40 ma otwarte dwa kanały rozpadu. Kanał rozpadu beta-minus prowadzący do wapnia_40 jest zdecydowanie najczęstszy, ale rozpad prowadzący do argonu-40 poprzez wychwyt elektronowy występuje z częstością 11%. Dość niezwykły jest również bardzo długi okres połowicznego zaniku wynoszący 1;251 miliardów lat, wyjątkowy dla rozpadu beta. Tłumaczy się to dużym skokiem wewnętrznej rotacji (lub spinu) jądra podczas rozpadu, co niemal uniemożliwia szczególnie trudne przejście, czyniąc je niezwykle powolnym.
IN2P3

Potas 40 ma niezwykłą właściwość rozpadania się na dwa różne jądra: w 89% przypadków rozpad beta-ujemny doprowadzi do powstania wapnia 40, natomiast w 11% przypadków powstanie argon 40 w wyniku wychwytu elektronu, po którym nastąpi emisja gamma o energii 1.46 MeV.
Ten promień gamma 1,46 MeV jest ważny, ponieważ pozwala nam zidentyfikować, kiedy rozpada się potas 40. Elektronom beta prowadzącym do wapnia nie towarzyszą jednak promienie gamma , nie mają charakterystycznych energii i rzadko wydostają się ze skał lub ciał zawierających potas 40.
Rozpad beta-minus wskazuje na jądro ze zbyt dużą liczbą neutronów, wychwyt elektronów na jądro ze zbyt dużą liczbą protonów. Jak to możliwe, że potas 40 może mieć jednocześnie za dużo obu tych pierwiastków? Odpowiedź ujawnia jedna z osobliwości sił jądrowych.

Od potasu 40 do argonu 40
Uchwycenie elektronu, które powoduje, że potas 40 w stanie podstawowym przekształca się w argon 40, zachodzi tylko w 0,04% przypadków. Znacznie częściej (10,68% przypadków) pośrednie wychwycenie prowadzi do powstania wzbudzonego atomu argonu, który musi powrócić do stanu podstawowego emitując promień gamma o energii 1,46 MeV. Bez tego charakterystycznego promieniowania gamma niemożliwe byłoby wykrycie i zidentyfikowanie rozpadu potasu 40. Neutrina emitowane w tych wychwytach nie dają się wykryć. Elektronom beta rozpadu na wapń 40 (89,3% przypadków) nie towarzyszą promienie gamma i są one na ogół pochłaniane przez ośrodek, w którym się znajdują.
IN2P3

Stabilne jądra siedzą na dnie tzw. doliny stabilności, koncepcji, która pomaga określić, czy jądro jest radioaktywne, czy nie. Potas 40 powinien znajdować się na dnie tej doliny i powinien być najbardziej stabilnym z jąder zawierających 40 nukleonów. Jego energia masowa (lub wewnętrzna) jest jednak w rzeczywistości większa niż któregokolwiek z jego sąsiadów – wapnia 40 i argonu 40. Różnica ta jest wystarczająca, aby uczynić potas 40 niestabilnym. Powodem tego jest fakt, że protony, podobnie jak neutrony, lubią występować w jądrze parami. Potas 40 zawiera nieparzystą liczbę obu – 19 protonów i 21 neutronów. W rezultacie ma jeden kawalerski proton i jeden kawalerski neutron. Jednak zarówno w argonie 40, jak i w wapniu 40 liczba protonów i neutronów jest parzysta, co daje im dodatkową stabilność.
Bardzo powolny rozpad potasu 40 do argonu jest bardzo przydatny do datowania skał, takich jak lawa, których wiek wynosi od miliona do miliarda lat. W wyniku rozpadu potasu na argon powstaje gazowy atom, który zostaje uwięziony w czasie krystalizacji lawy. Atom ten może się wydostać, gdy lawa jest jeszcze płynna, ale nie po zestaleniu. W tym momencie skała zawiera pewną ilość potasu, ale nie zawiera argonu. Wraz z upływem czasu i rozpadem potasu 40, gazowe atomy argonu bardzo powoli gromadzą się w lawie, gdzie są uwięzione. Pomiar ilości argonu 40 powstałego od momentu zastygnięcia lawy pozwala na dokładne określenie wieku skały.
Access to page in french