А.А. Абрамов, Г.А. Бадун - Методическое руководство к курсу Основы радиохимии и радиоэкологии (1133870), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

На рис. 1.11представлена диаграммы преобладания того или иного механизма передачиэнергии -квантами в зависимости от Е и Z.ZфотопаракомптонE,МэВкомптоновскогоРис. 1.11. Области преобладания фотоэффекта,процесса образования пар в зависимости от E и Z.22рассеяния иПотеря энергии -излучения подчиняется экспоненциальному законуFx = F0e-x(1.5)где все обозначения, как при объяснении формулы (1.4). Линейныйкоэффициент  равен сумме линейных коэффициентов ослабления по каждомумеханизму.В отличие от поглощения заряженных частиц, для которых существуетмаксимальный пробег, для -излучения такого конечного пробега несуществует, поэтому проникающую способность -излучения характеризуютслоем половинного ослабления (l1/2). Если мы прологарифмируем формулу 1.5(натуральный логарифм), то получим = 0,693/l1/2(1.6)Выполнение экспоненциальной зависимости проверено на различных объектах.На рис.

1.12 представлены графики ослабления узкого (колимированного)пучка -квантов в линейных и полулогарифмических координатах.N0NI0lgII0/2N02l1/2l1/2llРис. 1.12. Ослабление узкого пучка -квантов.1.6 Взаимодействие нейтронов с веществомИсточниками нейтронов могут быть стационарные устройства (ядерныереакторы), а также лабораторные установки.

Первыми из них были-берилливые источники, где в качестве альфа-излучателя использовалисьизотопы радия или полония. Поток нейтронов в этих источниках был23небольшим, и сейчас используют плутоний-238 – берилливые источники. Вовсех этих устройствах под действием -частиц на ядрах бериллия протекаетядерная реакция с испускание нейтронов.

Наиболее перспективен источникнейтронов на основе калифорния-252, который претерпевает спонтанноеделение с периодом полураспада 2,6 года, испуская при делении нескольконейтронов. Нейтрон – специфическая частица. Во-первых она не имеет заряда,во-вторых она не взаимодействует с электронами и не теряет свою энергию наионизацию, в третьих вне ядра нейтрон достаточно быстро распадается Т1/2 10,2 мин. Однако за это непродолжительное время он может пройти сквозьматериалы большей толщины.Получаемые в различных устройствах, а также космические нейтроныотносятся к быстрым нейтронам с Ен 2 МэВ и более.

Отдельно выделяютсятепловые нейтроны, для которых Ет.н.  0,025 эВ. Тепловые нейтроны наиболеелегко вступают в ядерные реакции с некоторыми элементами (B, Cd, Eu, Lu иделящимися материалами).Механизм взаимодействия нейтронов с веществом сводится к следующимстадиям: замедление быстрых нейтронов на легких ядрах (см. табл. 1.3),диффузия тепловых нейтронов и захват нейтронов ядрами атомов, имеющихвысокие сечения захвата тепловых нейтронов.Таблица 1.3ВеществоВодаТяжелая водаГрафитДлина замедления, см5,21119Длина захвата, см2,715958Помимо тех материалов, что приведены в табл. 1.3, а также перечислены выше,для поглощения нейтронов в лабораторных условиях используют парафины,состоящие из легких элементов. В последнее время внедрена компактнаязащита «Стойнейтрон», представляющая собой полиэтиленовые кирпичи,24содержащие порошок карбида бора.

Полиэтилен хорошо замедляет нейтроны, аядра атомов бора эффективно захватывают тепловые нейтроны.1.7. Основной закон радиоактивного распадаЗа счет процессов радиоактивных превращений количество атомоврадионуклида постоянно меняется. Процесс радиоактивного распада носитвероятностный характер, и закон распада применим только для большогоколичества атомов.Скорость радиоактивного распада dNбудет прямо пропорциональнаdtколичеству ядер радионуклида, N. В дифференциальной форме закон распадаможно записать в следующем виде:dN= N = аdt(1.7)где  - постоянная распада или радиоактивная постоянная, численно равнаядолеядерdN/N,распадающихсявединицувремени.Размерность  с1.Радиоактивная постоянная является фундаментальной характеристикойкаждого радионуклида и на ее значение не оказывают влияния изменения вдоступных нам пределах температуры, давления, электрических и магнитныхполей (за исключением процесса ЭЗ).Скоростью радиоактивного распада dNназывают радиоактивностьюdtили абсолютной активностью.

В интегральной форме закон радиоактивногораспада описывается следующим уравнением:Nt = N0et(1.8)N0 – число ядер радионуклида в начальный момент, Nt – в момент времени t.Умножая левую и правую часть уравнения (1.8) на радиоактивную постоянную,мы получаем интегральную форму изменения абсолютной активности вовремени25at = a0et(1.9)где a0 – активность образца в начальный момент времени, а at – в моментвремени t.Графическое изменение активности во времени представлено в общемвиде на рис.

1.13atРис. 1.13. Изменение активности нуклида во времени.Единицей абсолютной активности в системе СИ является Беккерель(сокращенно Бк, английская транскрипция Bq). Внесистемная единица –1 Кюри (Ки, англ. - Ci). Названа в честь Марии Склодовской-Кюри,выделившей из урановой руды новый элемент радий. Радиоактивность 1 Киимеет 1 мг радия-226. Системные и внесистемные единицы активностипредставлены в табл. 1.4.Таблица 1.4Единицы радиоактивности.В системе СИВнесистемные1 Ки= 3,7·1010 расп/с1 кБк = 103 Бк1 мКи= 3,7·107 расп/с1 МБк = 106 Бк1 мкКи = 3,7·104 расп/с1 Бк= 1 расп/с1 ГБк = 109 БкВторым фундаментальным параметром радионуклида является периодполураспада – промежуток времени, в течение которого распадается половина26наличного количества ядер данного радионуклида или, что то же самое,активность радионуклида уменьшается в два раза.Преобразуем выражение (1.9)1a T1 / 2= = е–Т1/2a02Т1/2 = ln 2 = 0,693(1.10)(1.11)Подставляя (1.11) в выражение (1.9), получаем формулу очень удобнуюдля расчета изменения активности во времени (поправка на распад)at = a0 e 0,693t(1.12)T1 / 2Рассмотрим еще один вариант формулы, вытекающей из законарадиоактивного распада.Пусть наш образец на начальный момент (t = 0) имел активность а 0.Через время t = T1/2 активность уменьшилась вдвое и будет равна а 0/2.

Черезвремя t = 2T1/2, а = а0/4, так как от половинки первоначальной активности,оставшейся после прохождения времени, равного T1/2, распалось еще половинарадионуклида. Мысленно продолжая распад, и оперируя временами, равнымицелочисленным значением T1/2, мы приходим к формулеа nТ1/ 21= n2а0(1.13)где n – количество периодов полураспада, прошедших от начального времени.В радиохимии и радиоэкологии достаточно часто мы будем встречать величину10T1/2. Поясним ее на одном жизненном примере (далее эта величина ещевстретится нам для понимания векового равновесия).

Через 10T1/2первоначальная активность уменьшилась более чем в 1000 раз, т.к.а10Т1/ 211= 10 =а010242(1.14)После аварии на Чернобыльской АЭС во многих областях нынесуверенных Белоруссии, Украины и Российской Федерации была паника всвязи с нахождением изотопов иода, в первую очередь 131I в окружающей среде.Скупались без консультации со специалистами любые препараты иода, от27которых было больше вреда, чем реальной пользы (были случаи отравления).Только после массированных разъяснений по радио, телевидению и в прессестрасти поутихли. А через три месяца о проблемеПрошло более 10T1/2131I (T1/2 = 8,1 дня) забыли.131I, а его активность за пределами 30 км зоны былаотносительно небольшой, а через 3 месяца она стала меньше минимальнозначимой активности и по всем нормативным документам не представлялаугрозы для населения.Достаточно часто в научных исследованиях и медицине стараютсяиспользовать радионуклиды короткоживущие или ультракороткоживущие, тоесть имеющие период полураспада от нескольких минут до нескольких часов,чтобы по прошествии времени  10T1/2 активность уменьшилась более чем в1000 раз и дозовая нагрузка на организм исследователя, врача, пациента быласведена к минимуму.1.8 Цепочки радиоактивных превращений.

Закон накоплениярадионуклидов. Радиоактивные равновесияСредиестественныхиискусственныхрадионуклидовсуществуетмножество радионуклидов, которые претерпевают радиоактивный распад идают дочерний радионуклид, который также радиоактивен и так далее. Это какраз тот случай, когда мы говорим о радиоактивных цепочках. В них можетнаблюдаться только один вид распада, а чаще несколько различных видовраспада, рассмотренных ранее. Возьмем простой пример:X  YT1/2 (I) T1/2 (II)ZстабильныйЕсли мы любым доступным методов очистим материнский радионуклидХ от дочернего Y, то распад Х будет приводить к получению дочернего Y, и напервоначальномэтапедочернийрадионуклидбудетматеринском, а затем по разным причинам (мы ихнакапливатьсяврассмотрим) будетпроходить уменьшение количества атомов дочернего нуклида. Не приводя28математических выкладок можно изобразить этот процесс графически (Рис.1.14).N2TmaxtРис.

1.14. Изменение числа ядер дочернего радионуклида N2 в препарате,содержащем первоначально очищенный материнский радионуклид.Подчеркнем, что это всеобщий закон для цепочки радиоактивныхпревращений, который не зависит от соотношения периодов полураспадовматеринского и дочернего продукта, а приведенная зависимость взята длявремени большем, чем периоды полураспада обоих радионуклидов.Подчеркнув всеобщность закона накопления, мы обязаны рассмотретьего частные случаи.1) t = 0 N1 = N01N02 = 0то есть материнский изотоп в начальный момент не содержит дочернего иT1/2 (I) » T1/2 (II).

Характеристики

Список файлов книги