Радиоактивность. Элементы дозиметрии

Самопроизвольное превращение ядер атомов одних элементов в ядра атомов других элементов получило название радиоактивности, или радиоактивного распада. Данное явление описывается законом:

где N ₀ и N – число ядер атомов исходного элемента соответственно в начальный момент времени (t =0) и в момент времени t, l – постоянная радиоактивного распада. Постоянная распада l – это величина обратная такому времени t, за которое число атомов радиоактивного элемента убывает в е раз. С этой величиной связан период полураспада Т _1/2 – время, в течение которого происходит радиоактивный распад половины числа атомов исходного элемента

T _1/2 = ln2/l = 0,693/ l.

Радиоактивность описывается активностью А радиоактивного вещества:

численно равной числу распавшихся ядер за секунду. Единицами активности являются беккерель (1Бк = 1распад/с) и кюри (1Ки = 3,7×10¹⁰Бк).

Радиоактивность сопровождается радиоактивным излучением. Наиболее известными видами радиоактивного излучения являются a и b – частицы и g – лучи. a – частицы – это ядра атомов гелия ₂ Не ⁴. b – частицы – это электроны или антиэлектроны (позитроны). g – лучи – коротковолновое электромагнитное излучение. При прохождении радиоактивного излучения через слой вещества его интенсивность I убывает по закону:

где I₀ и I – интенсивность радиоактивного излучения соответственно до и после прохождения слоя вещества толщиной l, a –линейный коэффициент поглощения. Величина a обратна такой толщине слоя вещества, при прохождении которой интенсивность излучения убывает в е раз.

Воздействие радиоактивного излучения на вещество описывается поглощенной дозой D. Эта величина численно равна энергии Е излучения, поглощенной единицей массы m вещества. Она измеряется в греях (Гр)

Так как прямое измерение поглощенной дозы осуществить сложно, то ее величину определяют по ионизирующему воздействию радиоактивного излучения на воздух, который окружает данный объект, подвергнувшийся радиоактивному облучению. Ионизирующее действие излучения описывается экспозиционной дозой Х. Эта величина численно рана суммарному заряду Q ионов одного знака в 1кг сухого воздуха:

Величина D пропорциональна Х:

D = bX,

где b - коэффициент пропорциональности. В практике дозиметрических измерений используются более удобные несистемные единицы измерений для поглощенной дозы рад, для экспозиционной дозы рентген (Р): 1рад = 0,01Гр; 1Р = 258мкКл/кг. При использовании этих единиц измерения коэффициент пропорциональности b равен единице для воды и содержащих воду биологических тканей растительного и животного происхождения. Следовательно, поглощенная доза в радах будет численно равна экспозиционной дозе в рентгенах.

Экспозиционная доза связана с активностью радиоактивного вещества простым соотношением ,

где g – коэффициент пропорциональности.

Биологическое действие излучения зависит не только от поглощенной дозы, но и от вида излучения. Это действие описывается эффективной дозой:

Н = kD,

где k – коэффициент относительной биологической эффективности, показывающий во сколько раз биологическое действие данного вида излучения больше, чем действие жесткого электромагнитного излучения (рентгеновских и g – лучей). Единицей измерения Н в СИ является зиверт (Зв), несистемной единицей – бэр (биологический эквивалент рентгена). 1бэр = 0,01Зв.

Для измерения мощности экспозиционной дозы используются дозиметры. Мощность экспозиционной дозы равна: