 |
Экспозиционная доза. Мощность экспозиционной дозы
|
|
|
|
Основной закон радиоактивного распада радионуклида. Единицы активности
Закон радиоактивного распада касается только совокупности атомов данного радионуклида. дело в том, что этот процесс статистический, и для отдельно взятого ядра можно лишь указать вероятность распада за определенное время. Естественный радиоактивный распад ядер протекает самопроизвольно, без всякого воздействия извне. Формула закона распада радиоактивного вещества: пусть имеется число N ядер атомов радионуклида. Тогда число распадающихся ядер dN за время dt пропорционально числу атомов N и промежутку времени dt:
dN=-λNdt (1), знак минус показывает, что число ядер N исходных атомов уменьшается во времени.
λ-постоянная распада 
λ=-dN/N=const при dt=1,то есть λ=вероятности распада одного ядра за единицу времени. В уравнении (1) поделим правую и левую части на N и проинтегрируем:
dN/N=- λdt; 
; Ln 
где 
есть начальное число распадающихся ядер атомов (N= при t= 0) (t = О — начало отсчета).
После потенцирования получим: 
или 
(2)Формула (2) выражает основной закон радиоактивного распада, где — количество ядер радионуклида в момент начала отсчета времени (t = 0); λ — постоянная распада, которая для различных радионуклидов разная; N — количество ядер радионуклида спустя время t; е — основание натурального логарифма (е = 2,713....).
Формула (2) имеет два недостатка. Первый недостаток — хотя постоянная распада λ имеется в таблицах, но прямой информации о скорости распада она не несет. Второй недостаток — для определения числа распадающихся ядер необходимо знать . Прибора для его определения не существует. Проблемы разрешаются следующим образом. Величина λ может быть заменена другой условной хар-ой, которая несет прямую информацию о скорости распада радионуклида. Для этого вводится понятие период полураспада Т. Периодом полураспада Т называется промежуток времени, в течение которого исходное число радиоактивных ядер уменьшается вдвое, а число распадающихся ядер за время Т остается постоянным (λ = const).
|
|
|
В уравнении (2) правую и левую часть поделим на N и приведем к виду: 
Полагая, что /N=2,при t=T,получим Ln2=λT, λ=0,693/Т тогда N= 
Величины и N можно заменить другим понятием,пользуясь следующим свойством явления радиоактивности. Есть приборы, которые регистрируют каждый распад (выброс каждой альфа-частицы, бета-частицы или гамма кванта). Очевидно, что можно определить количество распадов за определенный промежуток времени. Это характеризует не что иное, как скорость распада радионуклида, которую называют активностью.
Активность — это физическая величина, характеризующая число радиоактивных распадов в единицу времени: А= 
Исходя из определения активности следует, что она характеризует скорость ядерных переходов в единицу времени. С другой стороны, количество ядерных переходов зависит от постоянной распада λ.
Единицей активности в системе СИ принят:
1 распад/с = 1 Бк.
Существует и внесистемная единица Кюри.Однако на практике и в литературе она пока не используется.
За 1 Кu принята активность 1 г радия-226.1 Кu= 3,7 10 
Бк; 1 Бк= 2,7 10 
Кu.
Экспозиционная доза. Мощность экспозиционной дозы
Дозой облучения называется часть энергии радиационного излучения, которая расходуется а ионизацию и возбуждение атомов и молекул любого облученного объекта.
Экспозиционная доза фотонного (рентгеновского и гамма-) излучения характеризует их способность создавать в веществе заряженные частицы. Выражается отношением суммарного электрического заряда ионов одного знака, образованного излучением в некотором объеме воздуха, к массе dm в этом объеме:X=dQ/dm.
|
|
|
Единица измерения в системе СИ — 1Кулон/кг, внесистемная единица — Рентген.
Доза в 1 Р накапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника радия массой в 1 г, то есть активностью в 1 Кu.
Мощность экспозиционной дозы — отношение приращения экспозиционной дозы dX за интервал времени dt к этому интервалу: 
= dX/ dt
Единицы измерения: в системе СИ — А/кг (ампер на кг); внесистемная единица Р/с, Р/ч, мР/ч, мкР/ч и т.д. Мощность дозы, измеренная на высоте 70—100 см от поверхности земли, часто называют уровнем радиации.
35 Взаимодействие гамма-излучений с веществом
Взаимодействие гамма-квантов с веществом может сопровождаться фотоэффектом, комптоновским рассеянием и образованием электрон позитронных пар. Вид эффекта зависит от энергии гамма-кванта: 
= һυ- 
,где һ-постоянная Планка; υ— частота излучения; Е-энергия ионизации соответствующей атомной оболочки (энергия связи выбитого электрона из атома).
Фотоэффект возникает при относительно малых значениях энергий, и происходит на внутренних электронах атома, в основном на электронах К-оболочки. В этом случае вся энергия гамма-кванта передается орбитальному электрону и он выбивается из орбиты.
Выбитый электрон называется фотоэлектроном. Именно он может вызвать ионизацию других атомов. В результате его отрыва в атоме появляется свободный уровень, который заполняется одним из наружных электронов. При этом либо испускается вторичное мягкое характеристическое излучение (флуоресцентное излучение), либо энергия передается одному из электронов, который покидает атом. Флуоресцентное излучение наблюдают в материалах с большим атомным номером. Вероятность фотоэффекта увеличивается с ростом атомного номера материала и уменьшается с ростом энергии фотона.
Комптоновским рассеиванием называется процесс взаимодействия фотонного излучения с веществом, в котором фотон в результате упругого столкновения с орбитальным электроном теряет часть своей энергии и изменяет направление своего первоначального движения, а из атома выбивается электрон отдачи (комптоновский е). При этом частота, а следовательно, и энергия рассеянного гамма-кванта будут меньше.
|
|
|
Энергия комптоновского электрона равна: Е = һυ- һ 
где һυ — энергия первичного фотона; һ — энергия рассеянного фотона.
Такой процесс больше всего характерен для фотонов, энергия которых значительно превышает энергию связи электронов в атоме, поэтому рассеяние происходит только на внешних (валентных) электронах.
36Взаимодействие альфа-излучений с вещество м
При движении в веществе a- частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами. Корпускулярные a- частицы имеют небольшие пробеги в веществе, поэтому защита от внешних потоков этого излучения трудностей не представляет. Решение задачи защиты от альфа-излучения обычно базируется на знании пробега этой частицы в веществе. Пробеги альфа-частиц в различных веществах табулированы
37Взаимодействие бета- излучений с веществом
Прохождение бета-частиц через вещество сопровождается упругими и неупругими соударениями с ядрами и электронами тормозящей среды.
Упругое рассеяние бета-частиц на ядрах более вероятно и осуществляется при относительно низких энергиях электронов. Упругое рассеяние бета-частиц на электронах в Z раз (Z— величина заряда ядра) менее вероятно, чем на ядрах. Теоретически возможен и сдвиг ядер атомов кристаллической решетки.
При энергии бета-частиц выше энергии связи электрона с ядром (до — 1 МэВ) основным механизмом потерь энергии является неупругое рассеяние на связанных электронах, приводящее к ионизации и возбуждению атомов.
При больших энергиях электронов главным механизмом потерь энергии является радиационное торможение при котором возникает тормозное излучение.
Таким образом, процессы взаимодействия бета-частиц со средой характеризуются радиационным торможением и относительно большой потерей энергии или значительным изменением направления их движения в элементарном акте. Вследствие этого взаимодействия интенсивность пучка бета-частиц уменьшается почти по экспоненте с ростом толщины поглощающего слоя х.
Путь бета-частиц в веществе обычно представляет ломаную линию, а пробег бета-частиц одинаковых энергий имеет значительный разброс. Это связано с тем, что масса бета-частиц крайне мала, поэтому вероятность упругого рассеяния на ядрах больше, чем у тяжелых частиц. Итак, бета-частицы не имеют точной глубины проникновения, так как обладают непрерывным энергетическим спектром. Для грубой оценки глубины пробега бет частиц пользуются приближенными формулами. Одна из них: Rср/Rвозд=ρвозд/ρср
|
|
|
где Rср — длина пробега в среде; Rвозд — длина пробега воздухе; ρвозд и ρср — плотность воздуха и среды соответственно; Е — энергия бета-частиц
|
|
|
