Физические основы радиационной гигиены

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Радиоактивность, виды радиоактивных превращений.

2. Закон радиоактивного распада.

3. Виды излучений (корпускулярные, электромагнитные), их основные свойства.

4. Взаимодействие корпускулярных излучений с веществом.

5. Взаимодействие электромагнитных излучений с веществом.

6. Дозы излучения, единицы измерения.

Радиоактивность - самопроизвольное превращение ядер атомов, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.

Различают следующие виды радиоактивных превращений:

1. Альфа-распад. Характерен для естественных радиоактивных элементов с большими порядковыми номерами (стоящих после свинца в ПСЭ Менделеева) и, соответственно, с малыми энергиями связи частиц ядра. Альфа-распад приводит к уменьшению порядкового номера радионуклида на 2 единицы и массового числа на 4. При распаде могут возникать возбужденные ядра, которые, переходя в основное состояние, испускают гамма-кванты.

2. Электронный бета-распад. Характерен как для естественных, так и для искусственных радиоактивных элементов. При этом виде распада ядро испускает электрон, в результате заряд его увеличивается на единицу при неизменном массовом числе. Ядра возникших атомов могут находиться в возбужденном состоянии, переход их в невозбужденное состояние сопровождается испусканием гамма-квантов.

3. Позитронный бета-распад. Наблюдается у некоторых искусственных радиоизотопов. При этом порядковый номер атома уменьшается на единицу, а масса не изменяется.

4. К-захват (захват орбитального электрона ядром) - ядро захватывает электрон с К-оболочки и имеет место такое же превращение ядра, как и при позитронном бета-распаде. Из ядра при К-захвате выбрасывается нейтрино и имеет место характеристическое рентгеновское излучение.

5. Самопроизвольное деление ядер. Наблюдается у радиоактивных элементов с большим атомным номером (уран-235, плутоний) при захвате их ядрами медленных нейтронов. При делении образуется пара осколков с выбросом нейтронов. Осколки, как правило, ядра элементов средних массовых чисел, которые претерпевают несколько последовательных бета-распадов.

Количественной характеристикой радиоактивности является АКТИВНОСТЬ, единицей измерения которой принят беккерель (Бк). Беккерель соответствует активности, равной одному ядерному превращению в секунду. Специальной (внесистемной) единицей является кюри (Ки). 1 Ки соответствует такое количество препарата, в котором за 1 сек происходит 3,7×10¹⁰ ядерных превращений, т.е. 1Ки=3,7×10¹⁰ Бк. Кюри – очень большая величина. В практической работе используют производные единицы: милликюри (мКи), микрокюри (мкКи):

1 Kи = 3,7×10¹⁰ расп./с = 2,22×10¹² расп./мин:

1 мКи = 10^-3 Ки = 3,7×10⁷ pacп./c = 2,22×10⁹ расп./мин:

1 мкКи = 10^-6 Ки = 3,7×10⁴ расп./с = 2,22×10⁶ расп./мин:

В качестве единицы активности веществ гамма-излучателей нередко используют миллиграмм-эквивалент радия (мг/экв), представляющий собой количество препарата, создающего такую же мощность дозы, как и 1 мг радия в тождественных условиях измерения.

Закономерностью радиоактивного распада является то, что в единицу времени распадается определенная, строго постоянная доля атомов каждого радионуклида (независимо от их количества), которая и определяет его период полураспада (Т_1/2) - промежуток времени, в течение которого распадается половина всех атомов данного радионуклида.

Период полураспада указывает на степень устойчивости ядра атома. Единицы измерения: с, ч, день и т. д.

Период полураспада и постоянная распада связаны между собой соотношением:

Т_1/2=0,693/λ,

Чем меньше значение постоянной распада, тем больше период полураспада (распад идет медленнее) и, наоборот, чем больше значение постоянной распада, тем меньше значение периода полураспада. Следует отметить, что значения периода полураспада и постоянной распада не зависят от внешних условий и определяются лишь свойствами самого радиоактивного ядра. Естественно, каждый радиоактивный изотоп имеет свое значение периода полураспада и постоянной распада. Численные значения этих величин определяются экспериментально.

T_1/2 у различных элементов колеблется в значительных пределах - от долей секунды до нескольких миллионов лет. Например:

³H 12,46 года ⁴⁵Са 152 дня

¹⁴С 5568 лет ⁶⁰Со 5,3 года

²⁴Na 15,1 часа ⁹⁰Sr 28 лет

³²P 14,3 дня ¹³¹I 8,05 дня

³⁵S 87 дней ²³⁸U 4,5×10⁹ лет

Число ядер радиоактивного изотопа уменьшается со временем по экспоненциальному закону. Графически закон радиоактивного распада выражается экспоненциальной кривой (рис.1).

С увеличением числа периодов полураспада количество нераспавшихся атомов убывает, приближаясь к нулю. Распад любого радиоактивного элемента подчиняется статистическим закономерностям и носит вероятностный характер.

Рис. 1. Экспоненциальная кривая радиоактивного распада