Основные характеристики ионизирующих излучений

Вид излучения	Начальная скорость, км/с	Масса покоя, а.е.м.	Электрический заряд1	Пробег в воздухе, м	Ионизирующая способность в воздухе, атомов/мм	Материал защитных экранов2	Опасность для организма при облучении: внешнем, внутреннем, комбинированном	Способность вызывать наведенную радиоактивность, да/нет
1	2	3	4	5	6	7	8	9
α-частицы
β-частицы
γ-лучи
X-лучи
n (нейтроны)

¹ Электрический заряд указывать в элементарных единицах, например +2, –1, 0.

² На выбор предлагаются следующие материалы защитных экранов: бумага, алюминиевая фольга, свинцовые пластины, парафиновые блоки (разместить в соответствующих ячейках таблицы).

2. Единицы измерения радиоактивности

Радиоактивные вещества обладают различными характеристиками, отличающими их друг от друга. В свою очередь, ионизирующие излучения по-разному влияют на облучаемое вещество. Радиометрия и дозиметрия – науки, изучающие характеристики радиоактивных веществ и ионизирующих излучений.

2.1. Радиометрические величины

Радиометрия – наука, позволяющая точно определять содержание и концентрацию радиоактивных веществ в различных средах, в том числе в организме человека. Ниже приведены основные радиометрические характеристики и величины.

Одни радионуклиды распадаются относительно быстро, другие – медленно. Каждый радионуклид имеет индивидуальную характеристику, называемую периодом полураспада.

Период полураспада (T_1/2) – время, в течение которого распадается половина исходного числа ядер радиоактивных атомов.

Время это для различных радионуклидов изменяется в широких пределах: от 10^-7 секунды до 10 ¹¹лет. Например: T_1/2 йода-131 – 8 суток, стронция-90 – 29,1 года, цезия-137 – 30 лет, урана-238 – 4,5 миллиарда лет. Радионуклиды, период полураспада которых не превышает нескольких недель, называются короткоживущими; имеющие период полураспада от нескольких месяцев до миллиардов лет – долгоживущими.

Допустим, в каком-либо веществе, например, в одном грамме почвы, содержится 1000 атомов стронция-90. Через 29,1 года останутся неизменными только 500 атомов, а остальные 500 распадутся, испустив β-частицы. Еще через 29,1 года останутся неизменными 250 атомов и так далее. С каждым последующим периодом все меньше и меньше испускается β-частиц – радиоактивность почвы уменьшается.

В реальной жизни количество радиоактивных атомов в веществе огромно и точно сосчитать их практически невозможно – поэтому количество радионуклидов в веществе определяется косвенно, по интенсивности излучения.

Активность радионуклида (A) – величина, характеризующая число радиоактивных распадов в единицу времени.

Чем больше распадается атомов в единицу времени, тем выше активность (а следовательно, и опасность) радионуклида.

В качестве единицы измерения активности в Международной системе единиц (СИ) принят один распад в секунду – эта единица получила название беккерель (Бк), в честь французского физика Анри Беккереля, открывшего явление радиоактивности: 1 Бк = 1 расп./с.

Допустим, специалисты провели анализ почвы и получили результат: в образце почвы есть стронций-90. Активность – 600 Бк: это означает, что в образце почвы каждую секунду распадается 600 ядер этого радионуклида. Поскольку при распаде одного ядра испускается одна β-частица, можно утверждать, что каждую секунду в пространство испускается 600 β-частиц.

Один беккерель – очень маленькая величина. Часто на практике применяется другая (внесистемная) единица измерения активности – кюри (Ки) (названа в честь французских физиков Пьера Кюри и Марии Склодовской-Кюри):

1 Ки = 3,7 ·10¹⁰ Бк; 1 Бк = 2,7 ·10^–11 Ки.

Активность 1 Ки имеет один грамм чистого радия-226 (следовательно, килограмм радия-226 будет иметь активность 1000 Ки, то есть в этом образце каждую секунду будет распадаться 370 триллионов атомов).

Масса радиоактивного вещества не является мерой его радиоактивности. Препарат с меньшей массой может быть намного более радиоактивным, чем препарат с большей массой. Поэтому специалисты не измеряют количество радиоактивных веществ в килограммах или литрах. Но, зная активность чистого изотопа, можно вычислить его массу с помощью эмпирической формулы:

M = 8,9 ·10^-14 ·Am ·T_1/2, (1)

где М – масса изотопа активностью в 1 Ки, г; Аm – атомная масса, а.е.м.; T_1/2 – период полураспада, с.

Например, три тонны урана-238 и 0,9 миллиграмма кобальта-60 имеют одинаковую активность – 1 Ки.

Радиоактивное вещество может быть распылено на большой территории, а может быть сосредоточено в малом объеме. Концентрация радиоактивного вещества обычно характеризуется концентрацией его активности. Концентрация активности подразделяется на три разновидности:

1. Удельная активность a – концентрация РВ на единицу массы. Измеряется в Бк/кг или Ки/кг.

2. Объемная активность Av – концентрация РВ на единицу объема. Измеряется в Бк/м³ или Ки/м³. Часто измеряется также в Бк/л или Ки/л.

3. Плотность загрязнения территории σ – концентрация РВ на единицу площади. Измеряется в Бк/м² или Ки/км².

Три примера:

1. Мясо, привезенное на колхозный рынок, заражено стронцием-90: удельная активность его – 370 Бк/кг. Это означает, что каждую секунду в каждом килограмме мяса распадается 370 ядер стронция-90.

2. В воздухе подвального помещения, как показали замеры, присутствует радиоактивный газ радон-222. Его концентрация (объемная активность) – 185 Бк/л). Это означает, что в каждом литре воздуха каждую секунду распадается 185 ядер радона-222.

3. После аварии на Чернобыльской АЭС загрязненность некоторых районов Российской Федерации цезием-137 составляет 15 Ки/км. Если предположить, что загрязнение равномерно, можно утверждать, что над каждым квадратным километром загрязненной территории рассеяно 172,5 мг чистого цезия-137 (один кюри чистого цезия-137 имеет массу 11,5 мг).

С загрязненной радионуклидами поверхности будет идти непрерывный поток ионизирующих излучений. Интенсивность этого потока характеризуется его плотностью.

Плотность потока частиц I – число частиц, испускаемых в единицу времени с единицы площади.

Измеряется плотность потока в частицах в секунду с квадратного метра (част./с·м²). Например, плотность потока составляет 8000 β-част./с·м² – это означает, что каждую секунду с каждого квадратного метра площади испускается 8000 β-частиц.