Закон радиоактивного распада

Радиоактивные ядра атомов, распадаясь, испускают тот или иной вид ионизирующего излучения. Уменьшение числа радиоактивных атомов для всех радионуклидов происходит по одному и тому же экспоненциальному закону:

N = N₀e^-λt, (1.1)

где N₀ – число радиоактивных атомов в момент времени t = 0;

N – число оставшихся радиоактивных атомов в момент времени t;

λ – постоянная распада. Единицей измерения λ является величина, обратная единице измерения времени, c^–1. Численное значение постоянной распада радионуклидов можно найти в таблицах или рассчитать, зная T_1/2 радионуклида.

Число распавшихся радиоактивных атомов можно определить из основного закона радиоактивного распада:

N = N₀−N = N₀е^−λt = N₀ [1−е^−λt] (1.2)

Рисунок 1.1. Распад радионуклида.

Зависимость, описывающая закон радиоактивного распада, может быть представлена графически (рис. 1.1).

Продолжительность существования радионуклида обычно выражается периодом полураспада T_1/2. T_1/2 – строго постоянная величина для каждого радионуклида и, так же как и постоянная распада, характеризует его временную устойчивость. Период полураспада T_1/2 – время, в течение которого число атомов радионуклида, а следовательно, и его активность уменьшаются в результате распада вдвое. Период полураспада связан с постоянной распада следующим соотношением:

Т_1/2= ln2/λ= 0,693/λ (1.3)

Период полураспада – величина строго постоянная для каждого радионуклида и в зависимости от конкретного радионуклида может меняться в широких пределах (от секунд до миллионов лет).

Активность радионуклидов

Активность радиоактивного нуклида – это число спонтанных ядерных превращений dN этого нуклида за малый промежуток времени dt, деленное на это время:

(1.4)

где λ – постоянная распада;

N – количество радиоактивных атомов к данному моменту времени.

В единицах СИ активность измеряют в беккерелях (Бк). Временно допускается к применению специальная единица активности – кюри (Ки). 1 Ки = 3,7·1010 Бк. На практике применяют десятичные дольные и кратные единицы:

1 мКи=10^-3 Ки=3,7*10⁷ Бк, 1 мкКи=10^-6 Ки=3,7*10⁴ Бк.

Известно, что в атомной массе A_m любого радионуклида содержится 6,023·10²³ атомов (число Авогадро). Можно установить связь между активностью радионуклида А и его массой m:

где T_1/2 – период полураспада, с;

6,023·10²³ – число Авогадро;

6,023·10²³ /A_mT_1/2 – число атомов в одном грамме радионуклида.

В дозиметрической практике часто пользуются величиной удельной активности, характеризующей концентрацию радионуклида.

Удельная активность – общая активность радионуклида, приходящаяся на единицу длины q₁, площади q_s, объема q_v или массы q_m в источнике. Указанные величины носят соответственно названия линейной, поверхностной, объемной и массовой удельной активности радионуклида.