半減期とは崩壊する放射性物質の数が半分になるまでの時間の長さ
原子核内に存在する陽子数と中性子数のバランスは原子核の安定性に密接な関りを持っており、原子核の中には陽子と中性子のバランスが悪く外から何の働きかけがなくても自発的に割れてしまう原子核があります。これを不安定原子核または放射性原子核と言い、不安定原子核が別の原子核に変わる現象のことを崩壊と呼び、その時に飛び出してくる「かけら」ことを放射線と呼びます。
不安定原子核は常に原子核ごとに決まった確率で崩壊を起こし、時間が経るに従って減少していきます。その減り方は水槽の中の水を一定の速度で抜く時のような直線的な減少ではなく、その時その時に存在する原子核の中から崩壊する割合を一定に保ちながら徐々にスピードが遅くなっていく指数的な減少で変化していきます。
特に基準となる時刻の原子核数から２分の１になるまでの時間を半減期と呼称し、半減期の２倍の時間が経てば原子核の個数は最初の４分の１に、３倍の時間が経てば最初の８分の１にまで減少していきます。逆に現在から過去へ１半減期遡れば原子核数は現在の2倍、2半減期遡れば現在の4倍存在していたと算出することができます。
この原理を利用する例として、考古学の分野では半減期5730年の炭素14に着目し、出土物や遺留物に含まれている炭素中の炭素14の比率からその作成年代を推定する放射性炭素年代測定や、岩石中に含まれている半減期12.5億年のカリウム40に着目し、崩壊生成核種であるアルゴン40との比率によってその岩石が固化した時期を推定するカリウムーアルゴン法などが挙げられます
不安定原子核の「不安定さ」は原子核の陽子数と中性子数の組み合わせごとに異なっており、短いものであれば１０００分の１秒以下の時間で半減期を迎えるものさえあります。
半減期の長い放射性物質と半減期の短い放射性物質がそれぞれ同じ量(同原子数)存在している場合、放射性物質から一定時間内に放出される放射線の数(線量)は半減期の長い放射性物質に比べて半減期の短い放射性物質の方が多くなります。そのため測定器で数値の上でも同量の放射性物質を比較した時、半減期の短い放射性物質の方が大きく観測されます。
逆にもし測定器の計測値(線量)が同じならば、分量は半減期の長い放射性物質の方が多く存在することになります。
自然界に安定原子核だけでなく不安定原子核が存在するのは、半減期が極めて長いものが存在するからです。例えばカリウム40は12.5億年、ウラン238は45億年、そしてトリウム232は宇宙の年齢より長い140億年の半減期となっております。
