А.А. Абрамов, Г.А. Бадун - Методическое руководство к курсу Основы радиохимии и радиоэкологии (1133870), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Этот случай называется вековым равновесием, при истечениинекоторого времени активности материнского и дочернего (или всех дочерних)будут равны.N11 = N22 или a1 = a2Графическивековоеравновесиепредставленокоординатах на рис. 1.15.29(1.15)вполулогарифмическихРис. 1.15.

Вековое равновесиеа – суммарная активность смесинуклидов;б – активность материнскогонуклида, предварительноочищенного от дочернего;в - измерение активностидочернего изотопа в присутствииматеринского.t (время)г - распад чистого дочернегоДля лучшего понимания векового равновесия приведем еще один график(Рис.1.16).3A212tРис. 1.16. Функция накопления (1)и распада (2) дочернего радионуклида.Кривая 2 на рис. 1.16 иллюстрирует радиоактивный распад дочернегорадионуклида,отделенногоотматеринского.Здесьнаблюдаютсявсезакономерности, которые мы рассмотрели выше: через 1 T1/2 (д) остается 50%нуклида, через 2 T1/2 (д) – 25% и т.д., через 10 T1/2 (д) его содержание 0.1% от первоначально взятого.Кривая1иллюстрируетнакоплениедочернегопродуктавпредварительно очищенном материнском радионуклиде.

Здесь мы наблюдаемобратную картину: через 1 T1/2 (д) накапливается 50% дочернего продукта,30через 2 T1/2 (д) – 75%, через 3 T1/2 (д) – 87,5% и через 10 T1/2 (д) разность вактивностях материнского (прямая 3) и дочернего радионуклидов непревышает 0,1%, т.е. мы считаем, что в цепочке превращений установилосьрадиоактивное равновесие.Классическимпримеромвековогоравновесияестественные радиоактивные ряды (семейства)238U,235U имогутслужить232Th.

В табл. 1.5представлен природный ряд урана-238. В сокращенном виде его можнопредставить следующим образом238U92 ,? ?206Pb82Таблица 1.5Природный ряд урана-радия.238UPaThUI4,5·108 лет234UH52.33∙10летβ234UZ 6,7 ч βUX2 1,17мин234230UXIo24,1 дня8,3∙104 лет929190Ac89226RaRa1590 лет88Fr87222RnRn3,825 дня86218218PoRaА3,05 минBi214PbAt2сAtRaB26,8 мин214RaС'' β1,32 минRaF138 дней210RaС β19,7 минβ210RaС'1,54·10-4 с214210Tl85210RaD22 годаRaE5 днейββRaE'' 4,19 мин8483206RaG8221081Ядра урана-238 претерпевают серию  и – превращений и в конечномитоге дают стабильный нуклид свинца-206. Чтобы найти количество31испускаемых  и – частиц вспоминаем массы и заряды этих частиц.

Изменениемассы238–206=32а.е.м.связанотолькосиспусканием-частиц, следовательно n = 32/4 = 8. В соответствии с правилом сдвигаиспускание 8-частиц приведет к уменьшению заряда на 16 единиц. Вдействительности уменьшение заряда составляет 92 – 82 =10 единиц,следовательно 16 – 10 = 6 –-распадов компенсировали эту разность.

Поэтомуряд урана-238 можно изобразить так:23892 U ,6 820682 PbПроверьте себя на других естественных семействах235232 ,? U ? ,? Th ?207Pb208PbОтдельно остановимся на часто встречаемом в практике радионуклидестронций-909038Sr T1/2  30 лет9039Y 9040ZrT1/2=64,8 ч.стаб.(3 дней)Хотя период полураспада стронция-90 значительно меньше века, носоотношение T1/2 (90Sr) » T1/2 (90Y) выполняется и к тому же времяиспользованиястронциевыхстандартовпонормативнымдокументамсоставляет один год и может быть пролонгировано дважды на суммарный срокдо3лет.Зауказанноевремяактивностьстронция-90незначительно, но всегда в этом эталоне будет равновесныйизменяется90Y с такой жеактивностью.

Как правило, в паспорте к эталону стронция-90 указываетсясуммарная активность равновесной пары. Так как Е–max стронция-90 = 0,535Мэв, а Е–max иттрия-90 = 2,26 Мэв, то их регистрация протекает с разнойэффективностью. Это необходимо помнить при использовании в работеэталонов 90Sr (90Y).322) Подвижное равновесие (T1/2 (I) > T1/2 (II))В качестве примера приведем изотопный генератор технеция-99m,основного радионуклида, используемого в медицинской диагностике в мире(>80%).

Полная схема превращений99Мо представлена на рис. 6, здесь же мыограничимся упрощенным видом записи:99Mo42T1/2=2,8сут.99 mTc43ИП99Tc43T1/26 час. T1/2=2,1105 летНа рис. 1.17 представлено графическое изображение подвижногоравновесия.t, времяt,maxРис. 1.17 Изменение активности при подвижном равновесии (линии а, б, в, г –расшифровываются так же как на рис. 1.15).Время, в течение которого устанавливается равновесие, не равно 10 T1/2(д), а рассчитывается по более сложной формуле (1.15)t max T1/2 (1)2,303 λ 2 3,323  T1/2 (1)  T1/2 (2)lg lgλ 2  λ1 λ1T1/2 (1)  T1/2 (2)T1/2 (2)33(1.16)Вторая особенность данного вида равновесия заключается в том, чтопосле установления равновесия активности материнского и дочернегорадионуклидов изменяются параллельно, подчиняясь параметрам распадаматеринскоговещества.Причемравновеснаяактивностьдочернегорадионуклида на всем временном протяжении, после установления равновесия,будет больше активности материнского, и связь между ними будет описыватьсяуравнением 1.17N11 = N2 2(1.17) 2  13) Отсутствие радиоактивного равновесия (T1/2 (I) < T1/2 (II))Графически этот случай изображен на рис.

1.18t (время)Рис.1.18. Изменение активности в отсутствии равновесия (линии а, б, в, г –расшифровываются так же как на рис. 1.15).Обращаем Ваше внимание на тот факт, что равновесие отсутствует, нонакопление дочернего радионуклида (кривая - в) происходит. Этим мыподчеркиваем,чтозаконнакопления,такжекакиосновнойрадиоактивного распада, это фундаментальные законы естествознания.34закон2. РЕГИСТРАЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЙВыполнение любых работ с использованием радионуклидов обязательносопряжено с регистрацией излучений, то есть получением качественной иколичественной информации об излучении радионуклида(ов) в исследуемомобъекте.Мы рассмотрели в I главе процессы, протекающие при взаимодействииразличных типов излучений с веществом. Если не касаться ядерных реакций, тоэтих процессов принципиально два: ионизация материала окружающеговещества и возбуждение атомов и (или) молекул.

Именно на этих процессах иоснованарегистрацияизлучений.Различаютионизационныеметоды,сцинтилляционные и полупроводниковые методы, в основе которых лежитспособность некоторых материалов превращать энергию излучений в энергиюфотонов.Существуюттакжеспецифическиеавторадиографические,калориметрические методы регистрации излучений, но мы их не будемрассматривать.Приобсуждениивданномпособииионизационных,сцинтилляционных и полупроводниковых методов регистрации излучений мыбудем делать акцент на те из них, которые наиболее широко используются вповседневной практике.2.1 Счетчики Гейгера-МюллераДанные газоразрядные счетчики (детекторы) получили свое название поимени своих создателей.

Область напряжений, в которой работают данныесчетчики, делает независимой амплитуду получаемого импульса от энергиичастицы, что особенно удобно при регистрации – частиц, имеющихнепрерывный энергетический спектр.Принципиальная схема газоразрядного счетчика приведена на рис. 2.1.35Рис. 2.1.

Принципиальная схема газоразрядного счетчика (1- анод; 2 – катод; 3– изолятор; 4- источник высокого напряжения; 5- блок регистрации;R – нагрузочное сопротивление; C – конденсатор).На рисунке представлен цилиндрический счетчик. Принципиальная схемадетекторов с цилиндрическими и более эффективным торцевыми счетчикамиидентичны. Возможности детектора при регистрации радиоактивных образцовограничены с одной стороны фоном, с другой стороны, разрешающимвременем счетчика.Фон – это число импульсов зарегистрированных прибором (Iф) заединицу времени в отсутствии радиоактивных образцов. Фон детектораобусловлен многими причинами: космическое излучение, естественныерадионуклиды в конструкционных материалах, лабораторные источникирадионуклидов и т.д. Для снижения фона, детектор и радионуклидный препаратобычно помещены в свинцовый «домик».

Для торцевых детекторов, которыйбудет использоваться в работах, фон не должен превышать 10 имп/мин или <0,3 имп/сек. Скорость счета фона – это и есть нижняя граница возможностейдетектора, так как при регистрации активности любого препарата в нейприсутствует фоновая составляющая.

На практике, для уменьшения временисчета и погрешности в измерениях, стараются готовить образцы препаратов,имеющих собственную активность в 2-3 раза больше скорости счета фона.Верхней границей возможностей детектора является разрешающее времядетектора (сек). Это минимальный временной интервал между летящимипоследовательнодругзадругомчастицами,36когдасчетчикуспеваетзарегистрировать их по отдельности.

Величина  приводится в техническомпаспорте счетчика, и по порядку величины составляет  10–4 сек для счетчиковГейгера-Мюллера. На практике, имея набор эталонных препаратов –излучателей с различной активностью (например:90Sr (90Y)) легко определитьистинное значение , которое по мере эксплуатации счетчиков может меняться.На рис. 2.1 представлен график с комментариями к экспериментальномуопределению . Расчет  проводят по формуле:=Iсч  IизмIсч.Iизм.(2.1)Для построения графика, а именно прямой – 2 необходимо, чтобыпрямолинейный участок был получен за счет регистрации, как минимум 3-4эталонных препаратов, и только тогда мы имеем право экстраполировать его наболее высокие активности. Приведенные здесь Iизм. , безусловно, являются(Iизм.i препарата - Iф).Измеряя активность любого препарата, мы получаем с помощью счетчикарадиоактивности значение регистрируемой активности (I), которая связана сабсолютной активностью (а) соотношениемI = а(2.2)где  - коэффициент регистрации, учитывающий целый ряд поправочныхкоэффициентов.Для радионуклида с простой схемой распада (одна группа –-частиц) = ksqp(2.3)где  - геометрический коэффициент или телесный угол от препарата додетектора.

Характеристики

Список файлов книги