Активность радионуклида. Единицы активности

Понятие о дозиметрии

ОСНОВНЫЕ ДОЗОВЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

Дозиметрия – измерение рассеяния и поглощения энергии ионизи­рующего излучения в определенном материале. Доза излучения строго за­висит от энергии и вида падающего излучения, а также от природы погло­щающего материала.

Мера воздействия ионизирующего излучения на вещество не подда­ется простому определению из–за сложности и многообразия происходя­щих при этом процессов. Изменения, возникающие в окружающей среде (нарушения структуры вещества) и в живых объектах (биологические нару­шения и даже гибель), называются радиационными эффектами. Основны­ми величинами, которые дают количественную оценку возбуждаемому в веществе радиационному эффекту, являются поглощенная доза, эквива­лентная доза, экспозиционная доза. Первичным процессом, который дает начало физико–химическим изменениям в облучаемом веществе и приво­дит к наблюдаемому радиационному эффекту, является энергия ионизи­рующего излучения, поглощенная веществом.

Активность вещества определяется интенсивностью или скоростью распада его ядер. Активность пропорциональна числу радиоактивных ато­мов, содержащихся в данном веществе, т.е. возрастает с увеличением ко­личества данного вещества. Активность – это мера количества радиоак­тивного вещества, которая выражается числом радиоактивных превраще­ний (распадов ядер) в единицу времени.

Активность характеризует не отдельно взятое радиоактивное ядро, а данный радиоактивный образец, который представляет собой совокупность ядер, и каждое ядро может распадаться с определённой вероятностью в каждую секунду. Для определения активности существуют несколько формул:

1) – по определению;

2) – через постоянную радиоактивного распада;

3) – начальная активность.

Основная расчётная формула для активности получается из интегральной формы основного закона радиоактивного распада.

Из формулы 2, 3 выражаем N, N₀ и подставляем в основной закон. Отсюда получаем

.

В качестве примера рассмотрим следующую задачу.

Найти количество распадающихся ядер в 1 г радия () за 1 сек.

m = 1 г; t = 1 с; Т_1/2 = 1590 лет.

Количество распадающихся ядер находим из дифференциального закона

,

,

.

Число нераспавшихся ядер определяем из интегральной формы основного закона радиоактивного распада

,

так как t = 1 сек, то

.

Начальное число радиоактивных ядер находим по закону Авогадро при условии, что все ядра образца радиоактивны.

;

таким образом,

,

.

В несистемных единицах активности 1 Ku, что соответствует числу распадов в 1 г Ra за 1 с.

Удельная активность радиоактивного углерода , определяемого в ископаемых останках растений и животных, позволяет определить их возраст путём радиоуглеродного анализа. Количество в живых биологических объектах постоянно за счёт обмена веществ. Когда обмен веществ прекращается, количество снижается за счёт распада. Сравнив активность ископаемого образца и активность современного аналогичного по химическому составу вещества, определяют возраст по зависимости Am (t), которая по виду аналогична кривой радиоактивного распада.

Период полураспада = 5600 лет, поэтому этим методом с достаточной точностью определяется возраст до 50–60 тыс. лет. Чем выше возраст, тем больше погрешность измерения.

Так как скорость распада радиоак­тивных изотопов различна, то одинаковые по массе радионуклиды имеют различную активность. Чем больше ядер распадается в единицу времени, тем выше активность. Активность измеряется обычно в распадах в секун­ду. За единицу активности в Международной системе единиц (СИ) принят один распад в секунду. Эта единица названа в честь Анри Беккереля, от­крывшего впервые явление естественной радиоактивности в 1896 году, беккерелем (Бк). 1 Бк – такое количество радионуклида, в котором за одну секунду происходит один распад. Так как беккерель очень малая величина, то используют кратные величина: КБк – килобеккерель (10³ Бк), МБк –мегабеккерель (10⁶ Бк), ГБк – гигабеккерель (10⁹ Бк).

Внесистемной единицей активности является кюри (Ки). Кюри – это такая активность, когда число радиоактивных распадов в секунду равно 3,7∙10¹⁰ (37 млрд. расп/с). Кюри соответствует активности 1г радия. Так как кюри очень большая величина, то обычно употребляют производные величины: мКu – милликюри (тысячная доля кюри) – 3,7 ∙ 10⁷ расп/с; мкКu – микрокюри (миллионная доля кюри) – 3,7 ∙ 10⁴ расп/с; нКu – нанокюри (миллиардная доля кюри) – 37 расп/с.

Зная активность в беккерелях, нетрудно перейти к активности в кю­ри и наоборот:

1 Кu = 3,7 ∙ 10¹⁰ Бк = 37 гигабеккерель;

1 мКu = 3,7 ∙ 10⁷ Бк = 37 мегабеккерель;

1 мкКu = 3, 7 ∙ 10⁴ Бк = 37 килобеккерель;

1 Бк = 1 расп/с = 2,7∙10^–11 Кu.

На практике часто пользуются числом распадов в минуту.

1 Кu = 2,22 ∙ 10¹² расп/мин;

1 мкКu = 2,22 ∙ 10⁹ расп/мин;

1 мКu = 2,22 ∙ 10⁶ расп/мин.

Для количественной характеристики радиоактивности образцов определяют различные виды активности: объёмную, удельную, поверхностную, линейную и т.п.

Удельная активность – это актив­ность, приходящаяся на единицу массы вещества (активность, отнесенная к единице массы) – Бк/кг, Кu/кг. Объемная активность – это активность, приходящаяся на единицу объема – Бк/л, Кu/л, Бк/м³, Кu/м³. В случае распределения радионуклидов на поверхности активность называется поверх­ностной (отношение активности радионуклида, на которой находится ра­дионуклид) – Бк/м², Кu/м². Для характеристики загрязнения территории применяется величина Кu/км². Естественная радиоактивность калия–40 в почве соответствует 5мКu/км² (200 Бк/м²). При загрязнении местности в 40 Кu/км² по цезию–137 на 1м² поверхности размещается 2000000 млрд. ядер, или 0,455 микрограмма цезия–137. Линейная активность радионуклида – это отношение активности радионуклида, содержащегося на длине отрезка, к его длине.

Массу в граммах при известной активности (например 1Кu) радио­нуклида определяют по формуле

т = к ∙ А ∙ Т_1/2 ∙ а,

где m – масса в грам­мах;

А – атомная масса;

Т_1/2 – период полураспада;

а – активность в кюри или беккерелях;

к – константа, зависящая от единиц, в которых дан период полураспада и активность.

Если период полураспада дан в секундах, то при активности в беккерелях константа равна 2,4 ∙ 10^–24, при активности кюри – 8,86 ∙ 10^–14. Если период полураспада дан в других единицах, то его переводят в секунды.

Подсчитаем массу ¹³¹J с периодом полураспада 8,05 дней для созда­ния активности в 1 кюри.

М = 8,86 ∙ 10^–14 ∙ 131 ∙ 8,05 ∙ 24 ∙ 3600 ∙ 1 = 0,000008 г.

Для стронция–90 масса равна 0,0073 г, плутония-239 – 16,3 г, урана–238 – 3 т. Возможно вы­числить активность в беккерелях или кюри радионуклида при известной его массе

а₀ = 1 ∙ m / (А ∙ Т_1/2),

где 1 – параметр, обратный константе «к». При Т _½, измеренных в секундах, а активности – в беккерелях, 1 = 4,17∙10²³, при активности в Кu 1 = 1,13 ∙ 10¹³.

Так активность 32,6 г плутония–239 равна

а₀= 1,13 ∙ 10¹³ ∙ 32,6 (239 ∙ 24300 ∙ 365 ∙ 24 ∙ 3600) = 2 Ки,

а₀= 4,17 ∙ 10¹³ ∙ 32,6 (239 ∙ 24300 ∙ 365 ∙ 24 ∙ 3600) = 7,4 ∙ 10¹⁰Бк.

Биологическое действие радиации обусловлено ионизацией облу­чаемой биологической среды. На процесс ионизации излучение растрачи­вает свою энергию, в результате взаимодействия излучения с биологи­ческой средой живому организму передается определенная величина энер­гии. Часть излучения, которая пронизывает облучаемый объект (без по­глощения), действия на него не оказывает. Радиационный эффект зависит от многих факторов: количества радиоактивности снаружи и внутри орга­низма, пути ее поступления, вида и энергии излучения при распаде ядер, биологической роли облучаемых органов и тканей т.д. Объективным пока­зателем, учитывающим все эти разнообразные факторы, является количест­во поглощенной энергии излучения от ионизации, которую эта энергия производит в массе вещества.

Чтобы предсказать величину радиационного эффекта, нуж­но научиться измерять интенсивность воздействия ионизирующего излу­чения. Это можно сделать, измерив поглощенную в объекте энергию или суммарный заряд образовавшихся при ионизации ионов. Эта величина по­глощенной энергии получила название дозы.

Дата добавления: 2014-11-29