Лабораторная работа №26
ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ
Дозиметрия радиоактивного излучения есть один из разделов прикладной физики ядра и элементарных частиц. Дозиметрия первоначально возникла в связи с открытием рентгеновских лучей и их вредным воздействием на живой организм.
Основная задача дозиметрии — определение дозы излучения радиоактивных препаратов и измерение их активности, что позволяет разрабатывать методы защиты от радиоактивного излучения.
Радиоактивные источники излучения.
В зависимости от вида излучения источники подразделяются на α-, β-, γ- источники, а также источники нейтронов.
Радиоактивное излучение возникает вследствие спонтанного распада нестабильных ядер. При этом в данном количестве вещества число радиоактивных ядер уменьшается со временем по закону:
(2)
где N0 - начальное число не распавшихся ядер; λ – постоянная распада, характерная для каждого радиоактивного источника.
Если в процессе распада образуются стабильные ядра, то их накопление будет происходить по закону:
(2)
Заметим, что постоянная распада связана со средним временем жизни радиоактивного ядра следующим соотношением:
(2)
В практических случаях длительность жизни ядер характеризуют периодом полураспада, т.е. интервалом времени Т, по истечении которого распадается половина радиоактивных ядер.
Величины λ, τ и Т связаны соотношением
(4)
Если продукты распада также оказываются радиоактивными, то цепь последовательных превращений радиоактивных ядер можно представить схемой
При этом ядро А является исходным, при распаде которого образуется ядро В, распад ядра В приводит к образованию ядра С и т.д. Этот процесс последовательных превращений заканчивается образованием стабильного ядра того или иного изотопа. В этом случае изменение количества ядер атомов промежуточных нестабильных изотопов описывается законом
(5)
где коэффициенты С1, С2, ... ,Сn определяются комбинациями постоянных распадов λ1, λ2,…, λn.
Источники α - излучения.
Распад некоторых нестабильных ядер сопровождается излучением α -частиц (ядер 2Не4), при этом распад происходит по схеме
(6)
В настоящее время известно около 170 α – активных изотопов. Практически все ядра, для которых Z>82, являются α – радиоактивными.
Среднее время жизни α – активных ядер изменяется в очень широких пределах – от 3*107с для 84Ро212 до 5*1015 лет для 60Nd144.
Исходя из (6), можно определить энергию, выделяющуюся при α – распаде:
(7)
Как видно из (6), (7), энергетический спектр а-частиц дискретный; при этом энергия α – частиц – практически для всех радиоактивных ядер - ' заключена в узком интервале значений, лежащих в области 6 МэВ.
Спектр α – частиц обычно состоит из нескольких линий, при этом интенсивность α – частиц с максимальной энергией наибольшая.
Бета - излучение радиоактивных ядер.
В настоящее время известно около 1300 неустойчивых ядер, распад которых сопровождается излучением β – частиц, нейтрино ν, либо антинейтрино . К β – превращениям относят также процесс захвата электронов тяжелыми ядрами с одной из оболочек атома (чаще с К – оболочки). Такое превращение ядер получило название К – захвата. При β –распаде ядер исходное ядро превращается в ядро – изобару, при этом зарядовое число изменяется на ∆Z = ±1.
Бета – процессы протекают по одной из следующих схем:
K – захват
Энергия, выделяющаяся при β – распадах, определяется из соотношения
(8)
Энергия β – распада случайно распределяется между ядром – продуктом, β – частицей и нейтрино. Энергетический спектр β – частиц сплошной. Энергия β – частиц заключена в интервале от нуля до некоторого максимального значения, характерного для данного β – активного элемента. Средняя энергия излучаемых электронов для естественных радиоактивных элементов заключена в пределах (0,25 - 0,45) МэВ.