Радиоактивный распад происходит в ядрах атомов нестабильных химических элементов. Нестабильными атомами являются атомы ядра, которых отличаются тем, что связь между нуклонами в них более слабая, чем в атомах стабильных элементов. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными. Эти силы являются проявлением сильного взаимодействия. Ядерные силы короткодействующие, проявляются на расстоянии 10-12 – 10-13 см.
Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы.
Энергию связи ЕСВ определяют с помощью точного измерения массы ядра. Измерения показали, что масса любого ядра (МЯ) всегда меньше суммы масс, входящих в его состав протонов и нейтронов:
МЯ < Zmp + Nmn
Разность масс ΔM
ΔM = Zmp + Nmn − МЯ (1.4)
называется дефектом массы
По дефекту массы, с помощью уравнения Эйнштейна (Е = mc2) можно определить энергию, выделившуюся в результате образования ядра, т.е. энергию связи (ЕСВ).
ЕСВ = ΔM · c2 = (Zmp + Nmn − МЯ) · c2 (1.5)
Взаимосвязь активность радионуклида и его атомной массой
Известно, что в атомной массе Am любого радионуклида содержится 6,023·1023 атомов (число Авогадро). Таким образом, можно установить связь между активностью радионуклида А и его массой m:
A = m · 6,023 · 1023 · 0,693 / (Am·T1/2), Бк (1.5)
A = m · 6,023 · 1023 · 0,693 / (Am·T1/2 · 3,7 · 1010), Ки
где T1/2 – период полураспада, с; 6,023·1023 – число Авогадро; 6,023·1023 /AmT1/2 – число атомов в одном грамме радионуклида.
Из формулы (1.5) можно получить следующие соотношения:
А =1,13·1013 / (А m Т1/2) (T1/2, с),
А =1,88·1011/ (А m Т1/2) (T1/2, мин),
А = 3,1·109 / (А m Т1/2) (T1/2, ч),
А =1,3·108 / (А m Т1/2) (T1/2, сут),
А = 3,57·105 /(А m Т1/2) (T1/2, годы), (1.6)
где Α – активность 1 г любого радионуклида, Ки.
Соответственно, массу радионуклида m(г/Ки) можно рассчитать по формулам:
m = 8,9·10-14 А m Т1/ 2 (T1/2, с),
m = 5,3·10-12 А m Т1/ 2 (T1/2, мин),
m = 3,2·10-10 А m Т1/ 2 (T1/2, ч),
m = 7,7·10-9 А m Т1/ 2 (T1/2, сут),
m = 2,8·10-6 А m Т1/ 2 (T1/2, годы) (1.7)
В дозиметрической практике часто пользуются величиной удельной активности, характеризующей концентрацию радионуклида. Удельная активность – общая активность радионуклида, приходящаяся на единицу длины q1, площади qs, объема qv или массы qm в источнике. Указанные величины носят соответственно названия линейной, поверхностной, объемной и массовой удельной активности радионуклида.
Материал и оборудование. Методические пособия, справочные таблицы по дозиметрии, калькулятор
Цель: научиться решать задачи на определение активности радионуклида и определение его массы.