Лекция №10

Активность и дозы радиации

Активность радионуклида

Активность - мера радиоактивности. Для определенного количества радионуклида в определенном энергетическом состоянии в заданный момент времени активность А задается в виде:

, (1)

где - ожидаемое число спонтанных ядерных превращений, происходящих в источнике ионизирующего излучения за интервал времени .

Активность радионуклида (А) - это отношение числа спонтанных (самопроизвольных) ядерных превращений в источнике за интервал времени , к этому интервалу.

Самопроизвольное ядерное превращение называют радиоактивным распадом.

Единицей измерения активности является обратная секунда ( ), имеющая специальное название беккерель (Бк). Беккерель равен активности радионуклида в источнике, в котором за время 1 с происходит одно спонтанное ядерное превращение.

Внесистемная единица активности - кюри (Ku). Кюри - активность радионуклида в источнике, в котором за время 1 с происходит 3,7 10¹⁰ спонтанных ядерных превращений. Примерно 1 г чистого радия дает активность 3,7 ядерных распадов в секунду (3,7 10¹⁰ Бк= 1Ku).

Не все ядра радионуклида распадаются одновременно. В каждую единицу времени самопроизвольное ядерное превращение происходит с определенной долей ядер. Доля ядерных превращений для разных радионуклидов различна. Например, из общего числа ядер радия ежесекундно распадается 1,38 часть, а из общего количества ядер радона - 2,1 часть. Доля ядер, распадающихся в единицу времени, называется постоянной распада .

Из приведенных определений следует, что активность А связана с числом радиоактивных атомов в источнике в данный момент времени соотношением:

.(2)

С течением времени число радиоактивных атомов уменьшается по закону:

, (3)

где - число оставшихся радиоактивных атомов по прошествии времени t; - число радиоактивных атомов радионуклида в начальный момент времени: t=0.

Отсюда следует, что и активность радионуклида, также уменьшается во времени t по экспоненциальному закону:

, (4)

где - активность радионуклида в начальный момент времени t=0.

По прошествии определенного времени Т число радиоактивных атомов радионуклида уменьшается вдвое, это время называется периодом полураспада Т. Между периодом полураспада и постоянной распада существует следующая зависимость:

(5)

У различных радионуклидов период полураспада варьируется в очень широких пределах: от миллиардов лет до миллионных долей секунды. Например, период полураспада урана равен 4,5 миллиарда лет, радия – 1622 года, радона - 3,8 дня, цезия - 30 лет и т.д.

После подстановки выражения (5) в формулы (3) и (4) получим:

; (6)

. (7)

Свяжем массу m радионуклида (без учета массы неактивного носителя - это может быть вода, пища, воздух и т.д.) с его активностью. Так как число радиоактивных атомов N, соответствующих активности А, определяется из формулы (2), а масса одного атома в граммах , где - атомная масса; - постоянная Авогадро: и учитывая выражения (6) и (7), получим:

. (8)

Из формулы (8) можно также выразить активность в беккерелях радионуклида массой m в граммах:

. (9)

Отношение активности радионуклида в источнике к его массе или объему (для объемных источников) называется удельной или объемной активностью, соответственно

и , (10)

Где , - удельная и объемная активность вещества; А - активность радионуклида в источнике; М, V - масса и объем вещества, носителя радионуклида.

Если отношение активности берется к площади поверхности или к длине источника, то эти отношения называют соответственно поверхностной или линейной активностью.

Выбор единиц удельной активности определяется конкретной задачей. Например, активность в воздухе выражают в беккерелях на кубический метр (Бк/м³) - объемная активность. Активность в воде, молоке и других жидкостях также выражается как объемная активность, так как количество воды и молока измеряется в литрах (Бк/л). Активность в хлебе, картофеле, мясе и других продуктах выражается как удельная активность (Бк/кг).

Очевидно, что биологический эффект воздействия радионуклидов на организм человека будет зависеть от их активности, т.е. от количества радионуклида. Поэтому объемная и удельная активность радионуклидов в воздухе, воде, продуктах питания, строительных и других материалах нормируются.

Поскольку в течение определенного времени человек может облучаться различными путями (от поступления радионуклидов в организм до внешнего облучения), все факторы облучения связывают определенной величиной, которая называется дозой облучения.