1.5 Закон радиоактивного распада

Радиоактивный распад приводит к непрерывному уменьшению по экспоненциальному закону

числа ядер исходного радионуклида.

N = N₀ e^-t (1.1)

где No — число радиоактивных атомов в начальный момент времени t = 0; N — число оставшихся радиоактивных атомов в момент времени t;  - коэффициент, называемый постоянной распада. Для характеристики скорости радиоактивного распада используется понятие - период полураспада Т_1/2. Период полураспада – время, в течение которого число ядер радионуклида в результате радиоактивного распада уменьшается в два раза. Если принять, что N=0,5Nо, то получим соотношение, которым постоянная распада связана с периодом полураспада:

T_1/2 = ln 2 = 0,693 или T _1/2 = 0,693/. (1.2)

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

1.6 Активность и единицы ее измерения

Активность радионуклида в источнике А - это отношение числа dN спонтанных ядерных переходов из определенного ядерно-энергетического состояния радионуклида, происходящих в данном его количестве за интервал времени dt, к этому интервалу:

A =dN / dt. (1.3)

За единицу активности радионуклидов в системе СИ принимается активность нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит одно спонтанное ядерное превращение или 1 акт распада (расп./с). Эту единицу называют беккерель (Бк).

Внесистемной единицей активности является кюри (Ки). Кюри - это активность радионуклида, при которой в 1 с происходит 3,7 х 10¹⁰ актов распада. Активность может быть удельной, объемной, поверхностной - отношение активности радионуклида в источнике (образце) к массе, объему источника, площади поверхности.

Глава 2. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Ионизирующим называют излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации атомов и молекул, т.е. к возникновению в облученном веществе ионов разных знаков.

Ионизация атомов и молекул является основным процессом передачи энергии излучения веществу. Этот сложный процесс можно разделить на две составляющие:

- распространение первичного излучения от источника в интересующую нас точку в веществе;

- передача энергии излучения веществу в этой точке.

Как правило, эти процессы имеют существенно различающиеся пространственные масштабы. Распространение первичного излучения осуществляется на значительные расстояния от источника. К примеру, нейтроны и гамма-кванты распространяются на метры даже в плотной среде, а в воздухе - на сотни метров. Передача энергии излучения осуществляется в пределах длин пробегов заряженных частиц в веществе. Максимальные длины пробегов заряженных частиц в биологической ткани, как правило, не превышают десятых долей миллиметра.

Распространяясь в среде, поток частиц или квантов создает поле ионизирующего излучения. Если взаимодействие излучения со средой отсутствует (излучение распространяется в вакууме) или оно мало (фотоны распространяются в воздухе), то траектории движения частиц и квантов в среде можно представить прямыми линиями. Поле ионизирующего излучения характеризуют рядом параметров:

• видом излучения;

• направлением распространения излучения;

• энергией излучения;

• флюенсом излучения.

Для целей дозиметрии излучения делятся на две группы. К первой группе относятся излучения, состоящие из заряженных частиц - электронов, протонов, альфа-частиц и др., которые непосредственно ионизируют атомы и молекулы при прохождении через вещество. Ко второй группе относятся нейтроны и фотоны, которые непосредственно атомы и молекулы вещества не ионизируют. Взаимодействуя с веществом, эти излучения порождают вторичные заряженные частицы, передавая им часть своей энергии. Взаимодействие этих вторичных частиц с веществом и приводит к его ионизации. Таким образом, различают два вида ионизирующего излучения:

• непосредственно ионизирующее - излучение, состоящее из заряженных частиц, способных ионизировать среду;

• косвенно ионизирующее - излучение, состоящее из незаряженных частиц, способных создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения.

Направленность излучения в ряде случаев сильно влияет на дозиметрические характеристики излучения. Обычно выделяют несколько основных типов направленности излучения:

• поле точечного изотропного источника - излучение, в поле которого частицы и фотоны распространяются из одной точки по всем возможным направлениям с одинаковой вероятностью;

• мононаправленное - излучение, в поле которого все частицы и фотоны распространяются в одном направлении, образуя плоскопараллельный пучок излучения;

• изотропное - излучение, в поле которого любые направления распространения частиц и фотонов являются равновероятными.

В вакууме поле излучения радионуклидного источника имеет вид поля точечного изотропного источника. Это утверждение справедливо, когда расстояние между источником и приемником излучения многократно превосходит линейные размеры источника. По мере увеличения расстояния от источника его поле излучения в вакууме переходит в мононаправленное. При распространении излучения в рассеивающей среде, например, в теле человека, целесообразно рассматривать его состоящим из двух компонент. Первая - нерассеянное первичное излучение, которое распространяется подобно тому, как излучение источника распространяется в вакууме, с той лишь разницей, что эта компонента истощается вследствие взаимодействия первичного излучения с веществом. Испытавшие взаимодействие с веществом частицы и фотоны образуют компоненту рассеянного первичного излучения. По мере удаления от источника вклад этой компоненты растет; при этом в результате многократных актов рассеяния это излучение становится изотропным.

Важнейшей количественной характеристикой поля излучения является флюенс частиц и фотонов. Эта величина определяется следующим образом. Поместим в поле излучения абсолютно прозрачную сферу с площадью сечения, равной dS. Подсчитаем число dN частиц или фотонов, которые пересекут поверхность и попадут вовнутрь сферы. Флюенс частиц или фотонов определяется как отношение числа проникших в сферу частиц dN к площади поперечного сечения сферы dS:

Ф = dN / dS (2.1)

Единица величины флюенса – част/см².

Флюенс является интегральной характеристикой поля ионизирующего излучения. Его величина напрямую связана со временем, в течение которого определяется число частиц, проникающих в пробную сферу. Для описания изменения поля излучения во времени используют плотность потока частиц или фотонов (мощность флюенса), которая определяется как отношение величины приращения флюенса dФ за некоторый промежуток времени dt к длительности этого промежутка:

φ = dФ / dt (2.2)

Единица величины плотности потока частиц или фотонов - част./(см²-с).