Введение в радиоактивность (3) (С.Н. Калмыков - Лекции)

Введение в радиоактивностьСтепан Николаевич Калмыковтел. 939-32-20stepan@radio.chem.msu.ruhttp://radiochemistry-msu.ru/leaders/102-kalmykovКурение и Po-210210Po:T1/2 = 139 дней,Период полувыведения - 30-50 днейЛетучийДоза, получаемая при курении 2 пачек сигарет в деньпревосходит в 7 раз дозу от естественных источников,Общая активность десятки- сотни мБк,золаокурокдымПрименение:Нейтронные источники9Be(α, n) 12CЧто было на прошлой лекцииАльфа-распад217FrAt213Po225ИмпульсыХарактерный для ядра вцелом – испускается кластер –альфа-частица, ядро гелия, 24 He2213·105Ac52·101·105221Fr040005000241Am955389 (1,0%)0,1565443 (12,5%)5486 (86,0%)0,1025545 (0,3%)0,0590,00237Np9360007000Ea, кэВ8000900010000Бета-распадβ- распад:Характерен для нейтронно-избыточных ядер:1040K19 (89,5%)Emax=1,33 МэВK-захват(10,5%)E=1,46 МэВn p  e  e1140Ca2040Ar18β+ распад :Характерен для нейтронно-дефицитных ядер11p01n     eЭлектронный захват:11p 1eорб  n  e10ОФЭКТ однофотоннаяэмиссионнаякомпьютернаятомографияЭлектронный захват с K (85 %), L (12 %) и M (0,02 %) оболочекЭлектронная конверсияОже- процессИспусканиехарактеристическогорентгеновскогоизлученияГамма-переходdN NdtdN dtNNtdNdtN Nt00Nln tN0N  N 0e tN0ln tNln 2  T1/ 2dNA Ndt tA  A0 eРадиоактивное равновесиеA  B  Cстаб. A N A  B N B A T1 / 2( B ) N B B T1 / 2( A) N AA  A (1  expT1/2 A > T1/2 BT1/2 A >> T1/2BT1/2 A < T1/2 B t)T1 / 2  21h1001 / 2 96чPd T100Rh4544 Ru стаб.1004690385628T1 / 2 64h901 / 2 30 летSr T90Y3940 Zrстаб.56561 / 2 6.4 д1 / 2 77.3дNi T27Co T26Feстаб.Подвижное равновесиеB AA,0  t  tAB (e  e )B   AA100140B140Ba/140LaBaA, Бк8060A22A1 2  1140La40200050100Время, сут140Ba(T½ = 12,75 сут) и 140La (T½ = 1,68 сут)Отсутствие равновесия5628Радиоакивность, Бк10056561 / 2 6.4 д1 / 2 77.3дNi T27Co T26Feстаб.80t maxНарастание Co-56ln(2 / 1 )2  160Распад Ni-5640Суммарная активность2000200040006000Время, ч800010000Вековое равновесие200Суммарная активностьРадиоактивность, Бк180160140120Распад Sr-90100806090384020T1 / 2 64h901 / 2 30 летSr T90Y3940 Zrстаб.Накопление Y-9000200400200000Время, ч400000Через какое время активность препарата 90Sr,первоначально очищенного от 90Y, возрастет в1,75 раза? Распад происходит по схеме90Sr TYZr(стаб.)28,4летT64,8час1/ 21/ 29090Рассчитаем активность 1 г 238U и массу 234Th,находящегося с ним в равновесии.Периоды полураспада:238U - 4,46109 лет или 1,411017 секунд,234Th- 24,1 дня или 2.080.000 секAС[ моль] (ln 2 / T1 / 2 )  N AN0ln tNln 2  T1/ 2T1/2U-238 4,47 млрд летPa-234m1,17 минSr-9028,78 летdNA Ndt tA  A0 eУд.

активность,Бк/г124002,5х10191,9х1012Po-2101E13Sr-90C-141E111E9активность, Бк1E7100000U-2381000Be-10100,11E-31E-51E-71E-9-18-16-14-12-10-8lg m (г)-6-4-20Po-2101E13Sr-90C-141E111E9активность, Бк1E7100000U-2381000Be-10100,11E-31E-51E-71E-9-18-16-14-12-10-8lg m (г)-6-4-20Взаимодействие излучения свеществомВзаимодействие излучения с веществомДля альфа-частиц – тысячи пар ионов на мм путиДля бета-частиц – 4-8 пар ионов на мм путиВзаимодействие гамма-квантов с веществомФотоэффект – полная передача энергии гамма-кванта оболочечному электронуEe = h - Eсв.INCIDENTPHOTONKLMPHOTOELECTRONAUGER ELECTRONEMISSIONВторичное излучениеКомптоновское рассеяние – передача части энергии гамма-кванта электрону.Образование электронно-позитронных парВ кулоновском поле ядра из гамма-кванта образуется электрон-позитронная пара.Только для гамма-квантов с энергией более 1,02 МэВ.N  N 0e l N 0e (  /  ) lN0 – количество -квантов, входящих в слой поглотителя,N – количество -квантов, прошедших через поглотитель,– линейный коэффициент поглощения (см-1),– плотность (г/см3),/ – массовый коэффициент поглощения (см2/г),l – толщина слоя поглотителя (см),l – толщина слоя (г/см2)10H2O2/ , см /гSiO2Ge1Pb0,10,0105001000E , кэВ1500С увеличением Z вероятность фотоэффекта растет пропорционально Z5,Вероятность образования позитронно-негатронных пар пропорционально Z2, акомптоновского рассеяния пропорционально Z.AlPbДругие механизмы взаимодействия гамма-квантов с веществом:- Ядерные реакции (,n)- Эффект Мёссбауэра – резонансное поглощение гамма-квантов ядрами.Взаимодействие альфа-частиц с веществомИонизацияВозбуждение электроновa-частица с энергией 4,2 МэВ образует в воздухе около 105 пар ионов1,2Траектория прямолинейна1ИонизацияПробег, см1050,80,60,40,202468Энергия, кэВЗависимость между энергией альфа-частиц и ихпробегом в воздухе при 760 мм рт.

ст. и 15°С1000123452Расстояние, смУдельная ионизация, создаваемая aчастицами в воздухе при 760 мм рт. ст. и15ºСИонизация, производимая a-частицами пропорциональна их энергии, а число парионов (K), образующихся на длине пробега, выражается какK = K0 R02/3где K0 – коэффициент пропорциональности, равный 6,25104, R0 – длина пробега (в смпри 0°С и 760 мм рт. ст.).Взаимодействие бета-частиц с веществомИонизацияТраектория – ломаннаяВозбуждениеТормозное излучениеЧеренковское излучениеПервичная ионизациявода- 254 кэВВторичная ионизацияТормозное излучениеПри торможении бета-частиц в электрическом поле ядра испускается сплошноерентгеновское излучение, причем энергия, теряемая бета-частицамипропорциональна порядковому номеру поглотителя.Черенковское излучение – тормозное излучение релятивистских электронов.Для воды порог равен 265 кэВ.Sr-90/Y-90.