Атомы, способные на такие превращения называются радионуклидами

Процесс самопроизвольного перехода ядер из менее устойчивого состояния в энергетически более устойчивое получил название радиоактивности.

РАДИОАКТИВНОСТЬ. ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ.

ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Приборы, которые служат для изучения и контроля ионизирующих излучений, называются дозиметрическими.

Дозиметрические приборы условно можно разделить на пять основных видов: индикаторы, спектроскопы, рентгенометры, радиометры, дозиметры.

Индикаторы – приборы для обнаружения и ориентировочной оценки радиационного поля.

Спектроскопы – служат для определения вида излучения и его энергетического спектра.

Рентгенометры – применяются для измерения экспозиционной дозы и мощности рентгеновского и γ-излучения.

Радиометры – предназначены для измерения активности нуклида или плотности потока частиц.

Дозиметры – используются для измерения дозы или мощности дозы ионизирующего излучения.

Основной узел любого дозиметра - это детектор ионизирующего излучения – устройство, обеспечивающее преобразование энергии ионизирующего излучения в другой вид энергии удобной для регистрации: электрический ток, заряд или электрический импульс. С некоторой условностью детекторы можно разделить на три группы: следовые (или трековые), счётчики, интегральные.

Следовые названы так потому, что позволяют наблюдать трек (траекторию движения) частиц радиоактивного излучения. К ним относятся: камера Вильсона, пузырьковая камера, искровая камера, фотопластинки и фотоэмульсии.

Счётчики регистрируют каждый случай попадания в объём детектора отдельных квантов ионизирующего излучения:

а) сцинтилляционные счётчики – в основе работы лежит явление флуоресценциии;

б) полупроводниковые – реагируют на взаимодействие с частицами радиоактивного излучения изменением электропроводности р-п перехода;

в) черенковские – счётчики, действие которых основано на явлении Вавилова-Черенкова;

г) газоразрядные счётчики – детекторы, в которых используется явление возникновения разряда в газах под воздействием отдельного кванта ионизирующего излучения.

Интегральные детекторы – позволяют зафиксировать суммарную энергию ионизирующего излучения за какое-то время: ионизационная камера, счётчик Гейгера-Мюллера, фотодетектор.

Этот процесс сопровождается превращением (распадом) некоторых природных и искусственных изотопов в ядра других химических элементов, при этом испускается невидимое и неощущаемое человеком излучение. Это излучение называется радиоактивным.

В ядерной физике распадающиеся ядра принято называть материнскими, а возникающие при этом новые – дочерними.

Деление радиоактивности на естественную и искусственную условно, т.к. оба вида подчиняются одним и тем же законам:

– Распад радионуклида происходит не одновременно для всех ядер, а постепенно,

– причем за равные промежутки времени распадается разное число ядер.

– Распад одного ядра не влияет на распад других, соседних ядер.

– На процесс радиоактивности не влияют внешние условия.

– Никогда не известно, в какой момент распадётся данное ядро, однако теория позволяет установить вероятность распада ядра за единицу времени, т.е. радиоактивность – это статистическое явление.

При наличии большого числа ядер радионуклида, можно получить статистический закон, выражающий зависимость количества не распавшихся или распавшихся ядер от времени.

Экспериментально установлено, что число ядер dN, распавшихся за промежуток время dt, пропорционально числу ядер N, имевшихся на момент начала этого промежутка время и его длительности:

dN = -λNdt, (1)

где λ – коэффициент пропорциональности – постоянная распада, значение которой зависит от вида радионуклида. [λ] = с^-1. Постоянная распада имеет смысл вероятности распада ядра за 1 с.

Величина τ = 1 / λ называется средней продолжительностью жизни радионуклида.

Выражение (1) представляет собой дифференциальное уравнение 1-го порядка с разделяющимися переменными. Знак «–» в (1) указывает на убывание величины N с течением времени. Решим это уравнение, используя начальные условия: в начальный момент времени t = 0, N = N₀ – первоначальному числу ядер:

lnN – lnN₀ = = -λt.

Откуда после потенцирования имеем:

. (2)

Это основной закон радиоактивного распада. N – количество ядер, ещё не распавшихся на момент времени t.

Найдем количество ядер распавшихся за время t считая с момента начала наблюдения:

ΔN = N₀ - N = N₀ - N₀e^-λt = N₀(1-e^-λt). (3)

На практике, для характеристики устойчивости ядер вместо постоянной распада λ используют другую величину – период полураспада Т. Период полураспада – это промежуток времени, в течение которого распадается половина из имевшихся на момент начала этого промежутка ядер. Чем меньше вероятность распада ядер λ, тем больше период полураспада – Т.

Запишем закон радиоактивного распада в соответствии с этим определением: 0,5N₀ = N₀ e ^-λТ. Откуда: Т = ln2 / λ = 0,693/λ и

. (4)

С учётом (4) закон радиоактивного распада примет вид:

. (5)

Периоды полураспада имеют значения от долей секунды до миллиардов лет, например, для изотопа полония – Т = 3,04•10^-4 с, а для урана – Т = 4,5·10⁹ лет. Соответственно, радионуклиды подразделяются на короткоживущие (Т = сек., час., дни) и долгоживущие (Т = годы, столетия,).

В заключение отметим, что для каждого радионуклида период полураспада – величина постоянная и не может быть изменена никаким внешним воздействием. На рис.2 представлены графики закона радиоактивного распада двух радионуклидов, периоды полураспада которых находятся в соотношении Т₂ = 2Т₁.