Основные характеристики радиоизотопов

Основными характеристиками радиоизотопов (радионуклидов) являются:

1. Активность.

2. Тип (способ) распада.

3. Период полураспада.

4. Вид и энергия излучения.

Активность радионуклида А в источнике (образце) есть отношение числа dN спонтанных ядерных превращений, происходящих в источнике (образце) за интервал времени dt, к этому интервалу:

(4.1)

Единица активности радионуклида в СИ – Беккерель (Бк). Беккерель равен активности радионуклида в источнике (образце), в котором за 1с происходит одно спонтанное ядерное превращение.

Активность радионуклида с течением времени уменьшается по закону радиоактивного распада:

(4.2)

где A(t), A₀ – активность нуклида в источнике в текущий и начальный (t=0) моменты времени соответственно;  –постоянная распада, имеющая смысл вероятности распада ядра за 1 секунду и равная доле ядер, распадающихся за единицу времени;T_1/2 – период полураспада - время, в течение которого распадается половина первоначального количества ядер, при этом активность радионуклида уменьшается в 2 раза.

Для смеси радионуклидов суммарная активность определяется из уравнения:

(4.3)

где A_{0 i} – активность i –го нуклида в момент времени t=0; λ _i – постоянная распада i -го нуклида.

Каждый радионуклид распадается вполне определенным способом, при этом распад ядер сопровождается испусканием:

a– частиц (ядер атомов гелия ) при a–распаде,

β^–– частиц (электронов) – при электронном (β^–) – распаде,

β⁺– частиц (протонов) – при протонном (β⁺) – распаде и др.

Образующиеся в результате указанных распадов дочерние ядра, как правило, оказываются возбужденными. Снятие энергии возбуждения и переход дочернего ядра в основное (стабильное) или менее возбужденное состояние происходит путем испускания гамма-кванта (фотона).

Переход ядра из возбужденного состояния в невозбужденное с испусканием g–излучения называется изомерным переходом.

Фотон может и не вылетать из атома, а поглотиться одним из электронов внутренних оболочек, который в результате перейдет в свободное состояние. Это явление называется внутренней конверсией g–лучей. Электроны, образовавшиеся вследствие такого внутреннего фотоэффекта, называются конверсионными.

В ряде случаев вся энергия g-излучения расходуется на явление внутренней конверсии и вместо вылета фотонов из атома наблюдается вылет только электронов конверсии. Внутренняя конверсия сопровождается испускание рентгеновского характеристического излучения.

Таким образом, радиоактивный распад сопровождается испусканием корпускулярных частиц (a, β⁺, β^–, конверсионные электроны) и фотонов.

Дозиметрические величины

Результатом воздействия ионизирующих излучений на облучаемые объекты являются различные радиационные эффекты – обратимые и необратимые физико-химические или биологические изменения в этих объектах, зависящие от величины воздействия и условий облучения.

Физические величины, функционально связанные с радиационным эффектом, называются дозиметрическими.

Основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия, является поглощенная доза ионизирующего излучения D – отношение средней энергии , переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе d_m вещества в этом объеме:

(4.4)

 

Единица поглощенной дозы в СИ – грей (Гр). Грей равен поглощенной дозе ионизирующего излучения, при которой веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения, равная 1 Дж, т.е. 1Гр = 1Дж/кг.

Поглощенная доза ионизирующего излучения является мерой ожидаемых последствий облучения объектов как живой, так и неживой природы. Она не зависит от вида ионизирующего излучения (a, b, g, X, n и др.) и его энергии, но для одного и того же вида и энергии излучения зависит от вида вещества.

Поэтому, когда говорят о поглощенной дозе, необходимо указывать, к какой среде это относится: к воздуху, воде или другой среде.

В повседневной жизни человек подвергается хроническому облучению естественными и искусственными источниками ионизирующих излучений в малых дозах. Установлено, что в этом случае биологический эффект облучения зависит от суммарной поглощенной энергии и вида (качества) излучения.

По этой причине для оценки радиационной безопасности при хроническом облучении человека в малых дозах, т.е. дозах, не способных вызвать лучевую болезнь, используется эквивалентная доза ионизирующего излучения H_т – произведение «тканевой дозы» (дозы на орган) D _T  на взвешивающий коэффициент w_R для излучения R:

(4.5)

При этом доза на орган – средняя поглощенная доза в определенной ткани или органе человеческого тела задается в виде:

(4.6)

где m_T – масса ткани или органа; D – поглощенная доза в элементе d_m.

Если в пределах органа или ткани D=const, то D _T = D или =  где  – средняя энергия, поглощенная массой m _T.

Если поле излучения состоит из нескольких излучений с различными значениями w_R, то эквивалентная доза определятся в виде:

(4.7)

Единица эквивалентной дозы в СИ - зиверт (Зв).

Зиверт равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на взвешивающий коэффициент  равно 1Дж/кг. Следовательно,

1Зв=1Гр/ .

Разные органы или ткани человека могут облучаться неравномерно, причем они имеют разную чувствительность к облучению (радиочувствительность).

Для учета указанных обстоятельств введена эффективная доза ионизирующегоизлучения Е - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы  в органе или ткани Т за время t на соответствующий взвешивающий коэффициент  для данного органа или ткани:

(4.8)

Единицы эффективной дозы совпадают с единицами эквивалентной дозы. Взвешивающий коэффициент w_T равен отношению стохастического (вероятностного) риска смерти r_T в результате облучения Т -го органа или ткани к риску смерти  от равномерного облучения тела при одинаковых эквивалентных дозах:

(4.9)

Поглощенная, эквивалентная и эффективная дозы характеризуют меру ожидаемого эффекта облучения для одного индивидуума. Эти величины являются индивидуальными дозами.

Для оценки меры ожидаемого эффекта при облучении больших групп людей, вплоть до целых популяций, используется коллективная эффективнаядоза S - величина, определяющая полное воздействие от всех источников на группу людей. Она представляет собой сумму произведений средней эффективной дозы Е _i для i -ой подгруппы большой группы людей на число людей N_i в подгруппе:

(4.10)

Единица коллективной эффективной дозы в СИ - человеко-зиверт (чел×Зв), внесистемная единица - человеко-бэр (чел×бэр).