Теоретичні відомості

Радіація являє собою випромінювання, яке випромінює будь-яке тіло.

За оцінкою ефекту взаємодії з речовиною в тому числі і біологічного походження випромінювання розділяють на іонізуюче і неіонізуюче.

Іонізація – це процес утворення позитивних та негативних іонів з електронейтральних атомів та молекул.

Радіація буде іонізуючою, якщо вона здатна розривати хімічні зв’язки молекул, наприклад тих, з яких складаються тіла живих організмів тим самим викликати біологічні зміни. Так, за середньої роботи на один акт іонізації на один акт іонізації, що дорівнює 34 еВ , мінімальна частота електромагнітних хвиль з іонізуючою здатністю може бути розрахована наступним чином:

де – стала Планка;

– частота, що відповідає глибокій ультрафіолетовій частині спектру електромагнітних хвиль. Отже до іонізуючого випромінювання належать ультрафіолетові, рентгенівські проміні та γ-кванти. Причому, чим вище їх ряснота, тим більша їх енергія і тим сильніша проникаюча здатність.

Ще більшу ступінь іонізації речовини викликає взаємодія з елементарними частками: електронами, позитронами, протонами тощо. Тому що вони мають значну кінетичну енергію.

Світло, радіохвилі, інфрачервоні світові хвилі теж різновид радіації. Однак, вони не викликають ушкодження організму шляхом іонізації. Проте безперечно можуть викликати і серйозні біологічні ефекти.

Радіоактивність – це мимовільне або штучне перетворення атомних ядер нестійкого ізотопу хімічного елемента з даного стану в інший ізотоп цього або іншого елемента, яке супроводжується виділенням енергії шляхом випускання елементарних частинок, γ-квантів і ядер. Розрізняють природну і штучну радіоактивність.

Інтенсивність радіоактивного розпаду (радіоактивність або активність) характеризують його швидкістю. Одиницею радіоактивності в СІ є бекерель (Бк), що дорівнює швидкості розпадів, коли за 1 c розпадається одне ядро радіоактивного ізотопу. Часто користуються позасистемною одиницею – кюрі (Кі), що відповідає активності радону, який перебуває у стані радіоактивної рівноваги з 1 r ²²⁶Ra (1 Кі = 3,7 × 10¹⁰ Бк).

Активність радіонукліда часто характеризують періодом його напіврозпаду (Т_1/2), що дорівнює проміжку часу, протягом якого активність зменшується вдвоє. Причому, час, коли активність певного радіонукліду буде практично дорівнювати нулю (0,78%), тобто 99,2% його ядер розпадуться, може настати приблизно через 7 періодів напіврозпаду (рис. 1) Час періоду напіврозпаду визначається умовою:

Радіоактивність

час у періодах напіврозпаду

Рис. 1. Залежність залишкової активності від числа періодів напіврозпаду [1]

звідси:

де 𝜆 – коефіцієнт пропорційності, який називають сталою радіоактивного розпаду.

Розрізняють три види радіоактивності (активності):

1) поверхнева – Кі/км²; Бк/м²; розп./хв. з 1 см² тощо.

2) питома – Кі/кг; Бк/кг тощо.

3) об’ємна – Кі/л; Бк/л тощо.

Зв’язок між масою та активністю можна описати наступними формулами:

Приклади розв’язання типових задач

Визначити активність 1г , період напіврозпаду якого дорівнює 1600 років.

Розв’язання.

У цій задачі треба розрахувати радіоактивність речовини, використовуючи відомості про масу.

Спочатку розрахуємо сталу радіоактивного розпаду:

,

потім данні підставляємо у формулу для розрахунку активності, не забувши при цьому масу радіонукліду перевести у кілограми

(1г = 1×10^–3 кг):

Відповідь: .

Завдання для практичної роботи

1. Визначити активність 1,2 г , .

2. Визначити активність 3 г , .

3. Розрахуйте масу , якщо активність зразка складає 1Кі.

4. Розрахуйте масу , якщо активність зразка складає 2,3×10⁵Бк.

5. Співвідношення між вмістом стабільних та радіоактивних нуклідів калію в природі – величина стала. Вміст дорівнює 0,01%. Розрахуйте радіоактивність зразка ґрунту, якщо вміст калію в ньому складає 14000 г/т.

6. Визначити масу , який було викинуто з реактору ЧАЕС під час аварії, станом 6 травня 1986 року, якщо доля радіоактивності цього радіонукліду, викинена з реактору складає 13%, спад активності (скоректований на 6 травня 1986р. та розрахований за методикою радянських експертів) по зазначеному радіонукліду складав 2,9×10¹⁷ Бк.

7. Радіоактивність довкілля формується переважно за рахунок 3 основних радіонуклідів , , , . Процент названих радіонуклідів у нуклідній суміші складає 0,01; 99,3; 100 відповідно. Розрахувати радіоактивність 1т ґрунту, якщо відомо, що питомий вміст калію у зразку ґрунту складає 13600 г/т, урану – 1×10^–4г/т, торію – 6×10^–4г/т.

8. Визначити масу , який було викинуто з реактору ЧАЕС під час аварії, станом 6 травня 1986 року, якщо доля радіоактивності цього радіонукліду, викинена з реактору складає 20%, спад активності (скоректований на 6 травня 1986р. та розрахований за методикою радянських експертів) по зазначеному радіонукліду складав 1,3×10¹⁸ Бк.

9. Визначити масу , який було викинуто з реактору ЧАЕС під час аварії, станом 6 травня 1986 року, якщо доля радіоактивності цього радіонукліду, викинена з реактору складає 3%, спад активності (скоректований на 6 травня 1986р. та розрахований за методикою радянських експертів) по зазначеному радіонукліду складав 1,0×10¹⁵ Бк.

10. У зразку міститься , . Визначите його масу, якщо активність яку обумовлює цей нуклід складає 5,2×10⁷ Бк.

Практична робота № 3 (2 години).

Тема. Основні прилади радіаційного контролю та їх застосування для вирішення певних задач.

Мета. Знати основні методи на яких грунтуеться принцип роботи приладів радіаційного контролю. Вміти працювати з приладами радіаційного контролю МКС – 05 «ТЕРРА» та РКСБ-04, на практиці проводити вимірювання та необхідні розрахунки для розв’язання певних задач.