Понятие радиация
Радиацией
называют процесс распространения в пространстве энергии в виде волн или частиц.
Слово радиация имеет латинское происхождение, буквально означает сияние, излучение. К явлениям радиации можно относить разные виды излучения, например, такие как тепловое излучение, излучение волн видимого спектра, разные виды ионизирующего излучения и т.д.
Ионизирующей радиацией называют такой вид излучения, который может вызывать ионизацию вещества на которое она воздействует. Из-за радиации в живых клетках могут возникать свободные радикалы, которые накапливаясь, разрушают белки, клети погибают или перерождаются. В большом числе случаев под термином радиация понимают именно ионизирующее излучение.
Понятие радиация применяют к ионизирующему излучению, которое находится в свободном пространстве. Это излучение существует до момента его поглощения каким-либо веществом.
Ионизирующую радиацию составляют частицы и гамма-кванты, обладающие энергией, которой достаточно для оказания воздействия на вещество, при котором происходит появление ионов разных знаков. Источниками радиации служат радиоактивные вещества или установки, которые называют ядерно-техническими.
Радиоактивность
Радиоактивностью называют самопроизвольное изменение состава нестабильного атома или его внутреннего строения при испускании элементарных частиц, гамма — квантов или фрагментов ядер. Явление радиоактивности было открыто А. Беккерелем в конце XIX века.
Закон радиоактивного распада был открыт эмпирически Ф. Содди и Э. Резерфордом в 1903 г. В современной записи он имеет вид:
где $N$ — количество радиоактивных атомов; $\lambda $ — постоянная распада. Выражение (1) означает то, что количество распадов за время $t$ пропорционально $N$. Постоянная $\lambda $ измеряется в обратных секундах:
Активность изотопа
С целью оценить физические свойства радиоактивных материалов используют такие физические величины как: активность источника радиации (активность нуклида в радиоактивном источнике, активность изотопа) и плотность потока энергии.
Активность изотопа (А) — это величина, равная отношению количества распавшихся атомов ($\Delta N$) к промежутку времени ($\Delta t$), за который произошел распад. Активность пропорциональна количеству радиоактивных атомов, имеющихся в источнике на момент рассмотрения:
Единицы измерения активности изотопа
Исходя из выражения (2), единицей активности служит:
Единица измерения активности в системе Международных единиц (СИ) имеет собственное наименование: беккерель (Бк). Один беккерель — единица измерения активности изотопа, равный активности нуклида в источнике, в котором за 1 с происходит один распад. С этой единицей можно использовать все стандартные приставки для обозначения кратных и дольных десятичных единиц.
Другой единицей измерения активности изотопа служит кюри (Ки). Кюри — единица измерения активности нуклида в радиоактивном источнике, которая является внесистемной единицей. Она используется в ядерной физике и медицине. Вещество имеет активность равную 1 Ки, если в нем за одну секунду происходит $3\cdot {10}^{10}$ радиоактивных распадов. С беккерелем кюри связан как:
Данная единица измерения получила свое название в честь П. Кюри и М. Склодовской — Кюри.
Устаревшей единицей измерения радиоактивности изотопа является резерфорд (Рд). 1Рд — это ${10}^6$ распадов изотопов за 1 секунду.
И так, беккерель, кюри и резерфорд — единицы измерения активности источника радиации.
Зиверт — единица измерения дозы поглощенного излучения
Для того чтобы иметь возможность учесть дозу поглощенного излучения используют такой параметр как эквивалентная поглощённая доза ($H_{T,R}$) излучения. Она численно равна произведению поглощенной дозы ($D_R$) на коэффициент биоактивности ($W_R$):
Единицу дозы поглощённого излучения называют зиверт (Зв):
Примеры задач с решением
Задание. Вычислите начальную активность ($А_0$) магния ${}^{27}{Mg}$, имеющего массу $m=2\cdot {10}^{-6}$кг, считая, что все атомы вещества являются радиоактивными. Какая единица измерения будет у полученной величины?
Решение. За основу решения задачи примем формулу:
где $N=N_0$- количество атомов изотопа в момент времени равны $t=0\ $c, тогда $A=А_0$. Найдем число атомов предложенного вещества:
где $\mu =27\cdot {10}^{-3}\frac{кг}{моль}$ — молярная масса магния; $N_A=6,02\cdot {10}^{23}{моль}^{-1}$ — постоянная Авогадро.
Выразим постоянную радиоактивного распада через период полураспада как:
В результате получим:
Проведем вычисления $А_0$, учитывая, что период полураспада изотопа магния составляет $T_{{1}/{2}}=$10 мин=600 с:
Задание. Какова удельная активность изотопа урана: ${}^{235}_{92}U$? Каковы единицы измерения полученной величины в СИ?
Решение. Сделаем рисунок.
Удельной радиоактивностью изотопов называют величину, равную единице активности массы вещества:
Формулу для вычисления $A_0$ возьмем из примера 1:
Следовательно:
Для вычислений величины $A_m$, заметим, что: ${\mu }_U=235\cdot {10}^{-3}\frac{кг}{моль}$, из справочника для урана $T_{{1}/{2}}=7,1\cdot {10}^8$лет=$7,1\cdot {10}^8\cdot 31536000\ ©$, получаем: