Явление радиоактивности и единицы ее измерения.

Одним из важнейших открытий в конце прошлого столетия было открытие радиоактивности.

Радиоактивность была открыта в 1896 г французским физиком Анри Беккерелем, который установил, что соли урана испускают невидимые лучи, которые, подобно рентгеновским проходят, через непрозрачные вещества (черная бумага) и действуют на фотографическую пленку (их так и назвали лучами Беккереля.)

В дальнейшем Мария Складовская и Пьер Кюри установили, что кроме солей урана, лучи Беккере ля испускают соединения тория, а также два открытых ими новых химических элементов - полоний и радий. Все эти вещества Мария и Пьер Кюри назвали радиоактивными, что значит - обладающие свойствами испускать лучи.

Вскоре было и открыто биологические действия радиоактивного излучения. Однажды Беккерель взял у Пьера Кюри ампулу с радием, и положив ее в жилетный карман, проходил с ней несколько часов. Вскоре на коже, под тем самым местом где лежала ампула, появилось покраснение, а еще через несколько дней образовалась язва, которая зарубцевалась только через 2 месяца. Позже было установлено, что лучи радия разрушительно действуют на ткани, причем особенно на быстро размножающиеся клетки.

Появилась идея использовать облучение радием в борьбе со злокачественными опухолями (раком). Так появился новый лечебный метод - радиотерапия.

Впоследствии были установлены свойства этих излучений и определена их природа. Кроме того было обнаружено что радиоактивные вещества непрерывно выделяют энергию в виде тепла. Явление самопроизвольного излучения было названо радиоактивностью, а вещества испускающие излучения - радиоактивными (лат. Radius - луч).

Радиоактивность - это свойство ядер определенным элементов самопроизвольно (т.е. без каких-либо внешних воздействий) превращаться в ядра других элементов с испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным излучением. Само явление называется радиоактивным распадом.

Таким образом, радиоактивность является исключительно свойством атомного ядра и зависит только от его внутреннего состояния.

Радиоактивные явления, происходящие в природе, называют естественной радиоактивностью; аналогичные процессы, происходящие в искусственно полученных веществах (через соответствующие ядерные реакции) – искусственной радиоактивностью. Однако деление это условно, т.к. оба вида радиоактивности подчиняются одним и тем же законам.

В земной коре естественно-радиоактивные элементы имеются преимущественно в урановых рудах и почти все они являются изотопами тяжелых элементов с атомным номером более 83. Ядра тяжелых элементов неустойчивы. Они претерпевают в ряде случаев многократные последовательные ядерные превращения. В результате возникает целая цепочка радиоактивных распадов, в которой изотопы оказываются генетически связанными между собой. Такая цепочка - совокупность всех изотопов ряда элементов, возникающих в результате последовательных радиоактивных превращений из одного материнского элемента - называется радиоактивным семейством или рядом.

В настоящее время известно 3 естественно- радиоактивных семейства: урана-радия - U-Rа), тория ( Th) и актиния ( Ас).

Типы ядерных превращений

Существуют следующие типы ядерных превращений или виды радиологического распада альфа распад, бете - распад (электронный, позитронный), электронный захват, внутренняя конверсия.

Единицы радиоактивности.

Радионуклиды трудно получить в абсолютно чистом виде. Обычно они находятся в смеси с нерадиоактивмыми веществами и, как правило в количестве, зачастую не поддающимся всеобщему определению. Поэтому мерой количества радионуклида служит не вес, выраженный в граммах, а активность.

Активностью радиоактивного препарата называется количество атомов, распадающихся в нем за секунду. Следовательно, активность определяется числом распадов в единицу времени. Активность радионуклида характеризует абсолютную скорость его радиоактивного распада.

Как следует из закона радиоактивного распада, активность радионуклида пропорциональна числу радиоактивных атомов, т.е. возрастает с увеличением количества данного вещества. Поскольку скорость распада разных радионуклидов различна, то одинаковые весовые количества различных радионуклидов имеют разную активность.

Так если взять с одинаковой массой радионуклиды U, Р и Li, обладающие различными периодами полураспада (4,5*10 лет), 14,3 дня, и 0,89 с соответственно., то самая высокая активность будет у лития и фосфора и очень малая у урана, т.к. наибольшее количество распадов в 1 с будет у первых двух изотопов.

Единицей активности в абсолютной системе единиц (СИ) служит распад в секунду (расп/с). Этой единице присвоено наименование беккерель (БК); 1Бк =1с

Наиболее употребительная является внесистемная международная единица кюри (Ки).

Кюри - это такое количество любого радиоактивного вещества, в котором число радиоактивных распадов в секунду равно 3,7*10 . Единица Кюри соответствует радиоактивности 1 г радия. Кюри очень большая величина, поэтому обычно употребляют дробные производные единицы.

Милликюри (мКи) = 10 Ки = 3,7*10 рас п/с;

Микрокюри (мкКи)= 10 Ки =3,7*10 расп/c;

Нанокюри (нКи) = 10 Ки = 3,7*10^-1 расп/с;

Пикокюри (пКи)= 10 Ки = 0,037 расп/с.

На практике часто пользуются числом распадов в секунду, тогда единица радиоактивности кюри и дробные от нее принимают следующие значения:

1 Ки = 2,22*10 расп/мин;

1 мКи =2,22*10 расп/мин

1 мкКи=2,22*10 расп/мин

1 иКи =2,22*10 расп/мин

1 пКи =2,22расп/мин.

В 1946 г Е. Кондон и Л. Куртис предложили новую единицу активности резерфорд (рд =10 расп/с) - встречается редко (но удобна). В единицах кюри и резерфорд выражают альфа и бета - активность.

Радиоактивные вещества характеризуются величиной удельной активности или концентрации, т.е. активностью, приходящейся на единицу массы (объема). Единицами удельной активности являются: Ки/мл, К и/л, Ки/г, К и/кг и их производные.

Убыль активности любого радиоактивного препарата определяется по формуле, соотв. Основному закону радиоактивного распада:

А_t = Aо*e*(0.693*t/T).

A_t - активность препарата через t времени; А – исходная активность препарата; Т – период полураспада значения Т и t должны иметь одинаковую размерность (минуты, часы, дни и т.д.)

Пример: Активность (А_о) Р на определенный день равно 5 мКи. Определить активность этого элемента через неделю. Период полураспада элемента Т Р = 14,3 дня. Активность Р через 7 дней будет равно.

At = 5*2,72*(0,693*7/14,3) = 5*2,72^-0,24= 3,55 мКи.

Миллиграмм - эквивалент радия - это активность. любого радиоактивного препарата, гамма-излучение которого при идентичных условиях измерения создают такую же мощность экспозиционной дозы, как гамма – излучение. Единица (мг-экв. радия) не установлены, существующими стандартами, но широко используются на практике.