7.2. Активность, ед. Изм., виды активности

Активность (А) — мера радиоактивности какого-либо количества ра­дионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени:

где dN — ожидаемое число спонтанных ядерных превращений из данного энергетического состояния, происходящих за промежуток времени dt. Единицей активности в СИ является обратная секунда (с^-1), называемая беккерель (Бк). Использовавшаяся ранее внесистемная единица активности кюри (Ки) составляет 3,7x10¹⁰ Бк. Активность является мерой количества радиоактивного изотопа. Она прямо пропорциональна числу радионуклидов, содержащихся в данном образце, т. е. количеству радиоактивного вещества. В определениях активности и единиц измерения активности говорится о числе распадов радионуклидов, а не о числе вылетающих из источника (образца) частиц. Как установлено в настоящее время, при одном акте рас­пада может вылетать как одна, так и несколько частиц. Таким образом, ак­тивность не характеризует количество вылетающих частиц при распаде, а лишь констатирует количество самих распадов нуклидов. С течением времени активность убывает согласно основному закону радиоактивного распада. Отметим, что величина активности характеризует лишь количественное наличие радионуклида и интенсивность испускаемого излучения, не определяя ни тип радионуклидов, ни вид излучения. ^ Активность удельная (объемная) — отношение активности А радио­нуклида в в еществе к массе т (объему V) вещества: Единица удельной активности — беккерель на килограмм, Бк/кг. Единица объемной активности — беккерель на метр кубический,Бк/м³. Поверхностная активность A_s - активность, отнесенная к единице по­верхности:

А_S = А/S, где S - площадь поверхности. Данная величина встречается и под другими названиями - плотность за­грязнения поверхности радионуклидами или поверхностная концентрация. Основная единица измерения – кБк/м², внесистемная – Ки/м². Активность радиоактивного вещества непосредственно не характеризует ионизирующее воздействие излучения, так как при одной и той же активности ио­низирующее воздействие зависит от вида и энергии излучения, физических свойств облучаемой среды и других факторов. Ионизирующее действие излучений, а следовательно, и их поражающее воздействие на организм харак­теризуется дозой излучения (облучения).

8.1. Период полураспада радиоактивных эл-тов.

Для характеристики скорости распада радиоактивных элементов используют особую величину – период полураспада. Для каждого радиоактивного изотопа существует определенный интервал времени, в течение которого активность снижается в два раза. Этот интервал времени и носит название период полураспада.Период полураспада (Т½) – это время, в течении которого распадается половина исходного количества радиоактивных ядер. Период полураспада – величина строго индивидуальная для каждого радиоизотопа. У одного и того же элемента могут быть изотопы с разными периодами полураспада. Имеются изотопы с периодом полураспада от долей секунды до миллиардов лет (от 3х10–7 с до 5х1015 лет). Так для полония-214 Т½ равен 1,6·10–4 с, для кадмия-113 – 9,3х1015 лет. Радиоактивные элементы подразделяются на короткоживущие (период полураспада исчисляется часами и днями) – родон-220 – 54,5 с, висмут-214 – 19,7 мин, иттрий-90 – 64 часа, стронций – 89 – 50,5 дня и долгоживущие (период полураспада исчисляется годами) – радий – 226 – 1600 лет, плутоний-239 – 24390 лет, рений-187 – 5х1010 лет, калий-40 – 1,32х109 лет.Из элементов, выброшенных при аварии на ЧАЭС, отметим периоды полураспада следующих элементов: йод-131 – 8,05 дня, цезий-137 – 30 лет, стронций-90 – 29,12 лет, плутоний –241 – 14,4 года, америций-241 – 432 года.Для каждого радиоактивного изотопа средняя скорость распада его ядер постоянная, неизменная и характерная только для данного изотопа. Количество радиоактивных атомов какого-либо элемента, распадающихся за промежуток времени пропорционально общему количеству имеющихся радиоактивных атомов. dN = – lNdt,

где   dN – количество распадающихся ядер,

dt – промежуток времени,

N – количество имеющихся ядер,

-l – коэффициент пропорциональности (постоянная радиоактивного распада).

Постоянная радиоактивного распада показывает вероятность распада атомов радиоактивного вещества в единицу времени, характеризует долю атомов данного радионуклида, распадающихся в единицу времени, т.е. постоянная радиоактивного распада характеризует относительную скорость распада ядер данного радионуклида. Знак минус (-l) показывает, что количество радиоактивных ядер убывает со временем. Постоянную распада выражают в обратных единицах времени: с–1, мин–1 и т.д. Величину, обратную постоянной распада (r=1/l), называют средней продолжительностью жизни ядра.

Таким образом, закон радиоактивного распада устанавливает, что за единицу времени распадается всегда одна и та же доля нераспавшихся ядер данного радионуклида. Математический закон радиоактивного распада можно показать в виде формулы: λt

Nt = No х е-λt,

где    Nt – количество радиоактивных ядер, остающихся по окончании времени t; No – исходное количество радиоактивных ядер в момент времени t; е – основание натуральных логорифмов (=2,72); -l – постоянная радиоактивного распада; t – промежуток времени (равен t–to).

Т.е. число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненте. По этой формуле можно рассчитать число нераспавшихся атомов в данный момент времени. Для характеристики скорости распада радиоактивных элементов на практике вместо постоянной распада пользуются периодом полураспада.

Особенность радиоактивного распада в том, что ядра одного и того же элемента распадаются не все сразу, а постепенно, в различное время. Момент распада каждого ядра не может быть предсказан заранее. Поэтому распад любого радиоактивного элемента подчиняется статистическим закономерностям, носит вероятностный характер и может быть математически определен для большого количества радиоактивных атомов. Иными словами, распад ядер происходит неравномерно – то большими, то меньшими порциями. Из этого следует практический вывод, что при одном и том же времени измерения числа импульсов от радиоактивного препарата мы можем получить разные значения. Следовательно, для получения верных данных необходимо измерения одной и той же пробы проводить не один, а несколько раз, и чем больше, тем точнее будут результаты.

8.2. ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ - ядерные реакции между лёгкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких темп-рах ( 10⁷-10⁸ К). T. р.- основной (хотя и не единственный) тип процессов, в которых ядрам, испытывающим взаимное кулоновское отталкивание, удаётся, преодолев соответствующий электростатический барьер (рис. 1), сблизиться на расстояние порядка радиуса действия ядерных сил притяжения и, провалившись в образуемую ими глубокую потенц. яму, совершить ту или иную экзоэнергетич. (т. е. сопровождающуюся выделением энергии) ядерную перестройку. Под "выделением энергии" подразумевается выделение в продуктах реакции избыточной кинетич. энергии, равной увеличению суммарной энергии связи. T. о., относительно рыхлые ядра перестраиваются в более прочно связанные, а поскольку ядра с наибольшей энергией связи на один нуклон находятся в ср. части периодич. системы Менделеева, то наиб, типичным механизмом экзоэнергетич. реакции является с л и ян и е (с и н т е з) легчайших ядер в более тяжёлые. Вместе с тем существуют и экзоэнергетич. р е а к ц и и д е л е н и я лёгких ядер, напр. благодаря особой прочности ядра ⁴He возможна реакция ¹¹В + р->3⁴Не + 8,7МэВ.