Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом

 

Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма [2]. Альфа-излучение, которое представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из нейтронов и протонов, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа - частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или с вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными. Бета-излучение обладает большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину один - два сантиметра. Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом - процесс очень сложный, подчиняющийся законам квантовой механики, которые показывают, что фотонное излучение в некоторых явлениях проявляет себя как корпускулярное и, наоборот, взаимодействие заряженных частиц с веществом может проявляться в явлениях, присущих электромагнитным волнам. Например, широко известны явления дифракции электронов, где электроны проявляют себя как электромагнитное излучение, или фото-эффект гамма-излучения, где гамма - фотоны (кванты) проявляют свойства корпускул (частиц).

Единицы радиоактивности

 

При работе с радиоактивными веществами существенным параметром является не их весовое количество, а число испускаемых частиц, или пропорциональная величина – число распадающихся ядер. Поэтому для количественной характеристики радиоактивных веществ введено понятие «активность». Активность радиоактивного изотопа определяется числом атомов, распадающихся в единицу времени [1,2,3,4].

Единицей радиоактивности в системе единиц Си является "Беккерель" ("Бк"). Один "Бк" равен одному распаду в секунду.

В системе специальных единиц единицей радиоактивности является кюри (Ки). Одно Ки равно 3,7·10¹⁰ распадов в секунду.

Следует отметить, что в 1 г радия, очищенного от продуктов распада, распадается около 3,7·10¹⁰ атомов в секунду. Таким образом, активность 1 г чистого радия близка к 1 кюри.

В практике применяются дробные и кратные значения от единиц (Ки) и (Бк):

Мега (10⁶) – (МКи), (МБк);

Кило (10³) – (кКи), (кБк)

милли (10^-3) - (мКи), (мБк);

микро (10^-6) - (мкКи), (мкБк);

нано (10^-9) - (нКи), (нБк);

пико (10^-12) - (пКи), (пБк).

Хотя распад ядер, как правило, сопровождается выходом α-частиц, электронов (β^-), позитронов (β⁺), γ – квантов и т.д., тем не менее не во всех случаях число распадающихся ядер тождественно совпадает с числом испускаемых при этом заряженных частиц или γ – квантов.

Примером, когда число испускаемых корпускулярных частиц не совпадает с числом распадающихся ядер, т.е. с активностью изотопа, может служить схема распада изотопа ₃₃Аs⁷⁴. Этот изотоп в 32% случаев испускает (β^-)-частицы, в 29,8% - (β⁺)-частицы, а в 38,2% распад происходит через К-захват. Следовательно, на
1 кюри ₃₃Аs⁷⁴ приходится 1,18∙10¹⁰ (β^-)-частиц и 1,10·10¹⁰ (β⁺)-частиц, испущенных за 1 секунду.

Таким образом, справедливо лишь выражение «активность столько-то Бк или Ки», а выражения «α- или-β-активность столько-то Бк или Ки» не являются строгими, хотя они и широко распространены на практике.

Для того чтобы связать активность изотопа с числом испускаемых частиц или γ – квантов, необходимо знать схему распада изотопа.

Поскольку с течением времени количество радиоактивных атомов уменьшается, снижается и активность. Очевидно, что это уменьшение происходит по закону, аналогичному (1.2), т.е.

                       (1.5)

Здесь С_t – активность по прошествии времени t;

С_О – активность вещества в некоторый начальный момент;

λ и T – соответственно постоянная распада и период распада.