Физика радиоактивности

Согласно планетарной модели атома, ядро атома состоит из положительных протонов и нейтральных нейтронов. Вокруг ядра вращаются по своим орбитам отрицательно заряженные электроны. Заряд ядра равен суммарному заряду электронов, т.е. атом электрически нейтрален.

Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одинаковое число протонов, но количество нейтронов может быть разным.

Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента и называются изотопами. Чтобы отличать их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Например, уран-238 содержит 92 протона и 238-92=146 нейтронов, а уран-235 – 92 протона и 143 нейтрона. Протоны и нейтроны имеют общее название нуклоны.

Полное число нуклонов называется массовым числом А и является мерой стабильности ядра. Чем ближе расположен элемент к концу таблицы Менделеева, тем больше А, тем больше нейтронов в ядре и тем менее устойчивы эти ядра.

Ядра всех изотопов образуют группу нуклидов. Некоторые нуклиды стабильны, т.е. при отсутствии внешних воздействий не претерпевают никаких превращений. Большинство же нуклидов нестабильно, они все время превращаются в другие нуклиды. Электроны располагаются на орбитах в строгой последовательности, на ближайшей к ядру может находиться не более 2 электронов, на следующей не более 8, на третьей - 16, далее - 32 и т.д.

Энергия атома дискретна. Переход из одного состояния в другое происходит скачкообразно с излучением или поглощением строго фиксированной порции энергии – кванта.

Электроны могут переходить с одной орбиты на другую и покидать атом.

Испускание ядром двух протонов и двух нейтронов – это альфа-излучение, испускание электрона - бета-излучение.

Если нестабильный нуклид оказывается перевозбужденным, он выбрасывает порцию чистой энергии, называемую гамма-излучением. Как и в случае с рентгеновским излучением, при этом не происходит испускание каких-либо частиц.

Процесс самопроизвольного распада нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид – радионуклидом.

Уровень нестабильности радионуклидов неодинаков: одни распадаются очень быстро, другие очень медленно. Время, в течение которого, распадается половина всех радионуклидов данного типа, называется периодом полураспада. Например, период полураспада урана-238 равен 4,5 млрд. лет, а протактиния-234 – чуть больше минуты.

Активность А радиоактивного вещества – число спонтанных ядерных превращений в этом веществе в единицу времени.

Единица измерения активности – Беккерель (Бк). 1 Бк равен одному ядерному превращению в 1 секунду. Кюри (Ки) – специальная единица активности 1Ки=3,7*10¹⁰ Бк.

Для оценки действия ИИ введены различные дозовые характеристики.

Для характеристики источника излучения по эффекту ионизации применяют экспозиционную дозу рентгеновского и гамма излучения. Экспозиционная доза Х –полный заряд ионов одного знака в единице массы воздуха. Единица измерения -Кулон на килограмм (Кл/кг). Специальная единица – Рентген 1Р=2,6*10^-4 Кл/кг.

Поглощенная доза D – средняя энергия, поглощенная в единице массы вещества.

Единица измерения в системе СИ Грей. 1Гр=1 Дж/кг. Специальная единица – рад. 1Гр=100 рад.

Величина поглощенной дозы зависит от свойств излучения и поглощающей среды. В условиях электронного равновесия экспозиционной дозе в 1 Р соответствует поглощенная доза 0,88 рад.

В связи с тем, что одинаковая доза различных видов излучения вызывает в живом организме различное биологическое действие, введено понятие эквивалентной дозы.

Эквивалентная доза Н – величина, введенная для оценки радиационной опасности хронического облучения излучением произвольного состава, и определяемая как произведение поглощенной дозы D на средний коэффициент качества излучения k.

Н=D*k

Для гамма- и бета-излучения k.=1, для альфа-излучения k=20, т.е. при одной и той же поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее, чем бета- и гамма-излучение.

Единица измерения эквивалентной дозы –Зиверт (Зв). Специальная единица – бэр. 1Зв=100 бэр.

Поглощенная, экспозиционная и эквивалентная дозы, отнесенные к единице времени, носят название мощности соответствующих доз.

Следует учитывать, что чувствительность разных органов тела к излучениям неодинакова. Например, при одинаковой эквивалентной дозе возникновения рака легких более вероятно, чем щитовидной железы. Поэтому дозы облучений органов и тканей следует учитывать с разными взвешивающими коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма. Эта доза тоже измеряется в Зивертах.

Дата добавления: 2014-01-06