Лекции по радиобиологии

Подождите немного. Документ загружается.

Облучение профессиональное - облучение работников (персонала) при работе с

техногенными источниками излучения.

Облучение потенциальное - облучение, которое может произойти в будущем

(например, результате радиационной аварии), но отсутствующее при обычных условиях.

Персонал - лица, работающие с техногенными источниками ионизирующих

излучений (группа А) или лица, находящиеся по условиям работы в сфере воздействия

ионизирующего излучения (группа Б).

Отходы радиоактивные - не подлежащие дальнейшему использованию

радиоактивные вещества в любом агрегатном состоянии, в которых содержание

радионуклидов превышает установленные нормы. К радиоактивным отходам относятся:

 отработавшее ядерное топливо;

 отработавшие свой ресурс или поврежденные источники радионуклидов;

 извлеченные из недр и складируемые в отвалы и хранилища породы, руды и

отходы обогащения и выщелачивания руд, в которых содержание радионуклидов

превышает уровни, установленные нормативными правовыми актами;

 материалы, изделия, оборудование, биологические объекты в которых содержание

радионуклидов превышает уровни, установленные нормативными правовыми

актами.

Дозиметрия – комплекс способов, методов определения доз ионизирующих

излучений. Дозиметр- прибор для измерения мощности экспозиционной дозы

(подробно см. лек.?).

Радиометрия – комплекс способов, методов идентификации и

количественного измерения ионизирующих излучений, радиоактивных элементов по

интенсивности излучения. Радиометр – прибор для измерения активности

радионуклида(подробно см. лек.?).

Дезактивация - удаление радиоактивных веществ с какой-либо поверхности

или какой-либо среды, в т.ч. и из организма человека.

Радиационный риск - вероятность того, что у человека в результате облучения

возникнет какой-либо вредный эффект.

Эффекты облучения детерминированные - клинически выявляемые вредные

биологические эффекты облучения, в отношении которых предполагается

существование порога эквивалентной дозы. Выше порога эквивалентной дозы

тяжесть эффекта зависит от дозы, ниже – эффект не обнаруживается.

Эффекты облучения стохастические – вредные биологические эффекты

облучения вероятностного характера, не имеющие дозового порога. Вероятность

возникновения этих эффектов пропорционально эквивалентной дозе, а тяжесть их

проявления не зависит от дозы.

Типы ионизирующих излучений

Ионизирующими называют различные типы излучений, обладающие способностью

вызывать ионизацию атомов, молекул облучаемого вещества. Ионизация обусловлена

взаимодействием излучения с электронными оболочками и ядрами атомов, вследствие чего

энергия квантов или частиц излучения поглощается электронами. В процессе ионизации

нейтральных молекул возникают положительно и отрицательно заряженные ионы.

Ионизация обычно происходит путем отрыва электронов внешних орбиталей. Количество

энергии, достаточное для отрыва электрона от атома называется ионизационным

потенциалом.

Энергия ионизирующих частиц и квантов измеряется в электронвольтах (1 эВ = 1,6

10

-19

Дж; 1 Дж = 6,24 10

эВ). 1 электронвольт - эта энергия электрона, которую он

приобретает при пролете его между пластинами конденсатора с разностью потенциалов 1 В

и расстоянием между ними 1м. В радиобиологии широко используется производные

единицы от электронвольта: 1 килоэлектронвольт (кэВ) = 1000 эВ; 1 мегаэлектронвольт

(МэВ) = 1000 кэВ). Для ионизации атомов, входящих в состав биологических молекул,

достаточно поглощения атомами минимальной энергии 10 –12 эВ.

По физической природе ионизирующие излучения разделяются на два типа:

электромагнитные и корпускулярные излучения. Электромагнитные ионизирующие

излучения представляют собой электромагнитные волны с определенной частотой и длиной

волны, от которых зависит энергия квантов. Электромагнитные ионизирующие излучения

могут иметь различное происхождение. Экспериментально показано, что ионизирующим

эффектом обладают все электромагнитные излучения с длиной волны меньше 100 нм.

Корпускулярные излучения являются потоком элементарных частиц или ядер атомов,

обладающих высокими скоростями. Основными физическими характеристиками

ионизирующей частицы являются масса покоя, ее электрический заряд и начальная энергия.

Рассмотрим подробно электромагнитные и корпускулярные типы излучений.

Электромагнитные ионизирующие излучения, можно разделить на три типа,

различающихся по происхождению: рентгеновское излучение,  - излучение, синхротронное

(тормозное) излучение.

Рентгеновское излучение представлено электромагнитными волнами с длиной волны

в интервале 10

-3

- 10 нм, что соответствует энергии квантов от 1237 кэВ до 0,12 эВ.

Длинноволновая часть спектра рентгеновского излучения перекрывается коротким

ультрафиолетовым излучением, коротковолновая часть - длинноволновым -излучением.

Рентгеновское излучение образуется при торможении получаемых в вакууме быстрых

электронов. Наиболее распространенным источником рентгеновского излучения является

рентгеновская трубка ( рис.1). Основными частями трубки являются электроды, которые

располагаются в вакуумной камере. Подогреваемый катод испускает поток электронов,

который тормозится на аноде. Анод изготовляется из тугоплавкого металла (вольфрама,

молибдена) и имеет наклонную поверхность, для того чтобы направить рентгеновское

излучение под углом к оси прибора.

Рис. 1. Схематичное изображение рентгеновской трубки.

В результате торможения электронов в электростатическом поле атомных ядер анода

возникает тормозное рентгеновское излучение. При торможении электрона только часть ее

энергии расходуется на образование кванта рентгеновского излучения. Остальное

количество энергии электрона превращается в тепловую энергию и расходуется на

нагревание анода. Соотношение между распределением энергии на нагревание и

образование кванта является случайным. Поэтому при торможении на аноде большого

количества электронов, появляются кванты с различной энергией, и соответственно, спектр

тормозного рентгеновского излучения носит непрерывный (сплошной) характер. Сплошной

рентгеновский спектр не зависит от материала анода, а определяется только энергией

бомбардируемых анод электронов. На рис. 2 показана типичная зависимость энергии

квантов от длины волны рентгеновского излучения при разных значениях напряжения

между электродами.

В каждом спектре наиболее коротковолновое излучение возникает, когда энергия,

приобретенная электроном в электрическом поле, полностью переходит в энергию кванта.



min

= hc/(eU)

Для практических целей используется более удобная формула



min

= 12,37 /U

где 

min

– длина волны, нм; U – напряжение между электродами, кВ; h – постоянная

Планка (4,13 10

-15

эВ с

-1

); с – скорость света в ваккуме ( 3 10

смс

-1

); е – масса

электрона.

Рис.2. Тормозные спектры рентгеновского излучения при различных значениях

напряжения между электродами

Коротковолновое (жесткое) рентгеновское излучение обладает более высокой

энергией квантов и большей проникающей способностью, чем длинноволновое (мягкое)

излучение. Регулируя напряжение между электродами, можно изменять спектральный

состав рентгеновского излучения, увеличивать или снижать его жесткость.

При изменении температуры накала катода, изменяется интенсивность эмиссии

электронов. Так, повышение температуры катода приводит к увеличению количества

испускаемых с него электронов в единицу времени, и соответственно, повышению силы

тока. На рисунке 3 показан спектр рентгеновского излучения при разных значениях силы

тока накала катода (I

 I

) .

Когда энергия бомбардирующих анод электронов оказывается достаточной для

выбивания электронов с внутренних оболочек атомов анода, то на фоне сплошного спектра

появляются отдельные пики. Возникает так называемый линейчатый, дискретный спектр

(рис. 3). Линейчатый спектр рентгеновского излучения определяется составом атомов,

входящих в материал анода и поэтому называется характеристическим рентгеновским

спектром. Характеристический спектр атома не зависит от химического его окружения, т.е.

от состава молекулы. Например, рентгеновский спектр атома кислорода одинаков и для O,

, H

O. Таким образом, спектр излучения рентгеновской трубки представляет собой

наложение тормозного и характеристического рентгеновских спектров.

Рис.3. Спектр рентгеновского излучения при различных значениях силы тока на

катоде энергии

Гамма- излучение - электромагнитное излучение при радиоактивном распаде ядер

радиоактивных элементов. Оно сопровождает - и -распады, а также возникает при

ядерных реакциях, при торможении заряженных частиц, их распаде. Гамма- излучение не

отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает очень высокой проникающей

способностью в веществе; при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию. Это

излучение обладает чрезвычайно малой длиной волны ( = 10

-3

- 10

-6

нм) и вследствие этого,

ярко выраженными корпускулярными свойствами, т. е. является потоком частиц – (гамма-

квантов) с энергией

= h = hc/

где  - частота волны, Гц;  - длина волны, нм; h –постоянная Планка.

Спектры  - излучения являются дискретными (линейчатыми), т.е. излучению с

определенной длиной волны соответствует кванты с соответствующей энергией (Рис.4).

Излучение испускается не материнским, а дочерним ядром в момент ее образования. При

радиоактивных распадах естественных радионуклидов -кванты обладают энергией от 10

кэВ до 6 Мэв. При -излучении масса и заряд дочернего ядра не изменяются. Гамма-

излучение редко характеризуется монохроматическим (моноэнергетическим) спектром. В

большинстве случаев, -излучение конкретного радионуклида состоит из нескольких

квантов различной длины волны, и сооответственно, различной энергии. Так, линейчатый

спектр излучения обнаруживается при распаде изотопа I

131

, когда излучаются 5 типов

квантов с энергиями 80, 163, 364, 722 кэВ. Радиоактивный бром Br

излучает 11 типов

квантов с энергиями от 0,248 до 1,453 МэВ, а кадмий Cd

115

излучает 13 типов квантов с

энергиями от 0,335 до 1,280 МэВ. Примером монохроматического излучения является гамма-

излучение с энергией квантов 611 Кэв, которое обнаруживается при распаде Cs

137

Гамма излучение характеризуется слабым ионизирующим эффектом, но обладает

высокой проникающей способностью. Длина пути пробега гамма-квантов в воздухе может

достигать до 150 м (более подробно см на стр.).

Рис. 4. Спектр  - излучения при распаде ядер атомов

Синхротронное (тормозное) излучение представлено электромагнитными волнами,

возникающими при торможении электронов и других заряженных частиц в веществе.

Характеризуется непрерывным спектром излучения с длинами волн от 10

-3

до 100 нм.

Впервые этот тип излучения был обнаружен при ускорении ядер и элементарных частиц в

искусственных условиях (в синхрофазотронах), и поэтому получил название

синхротронного излучения. Впоследствии такое излучение было обнаружено и при других

условиях: при работе рентгеновских и электронно-лучевых трубок, при торможении -

частиц радиоактивных элементов и т.д. Тормозное излучение обладает теми физическими

характеристиками, что и рентгеновское и гамма излучение.

Корпускулярные излучения

Как уже отмечалось, корпускулярные ионизирующие излучения возникают при

радиоактивном распаде ядер неустойчивых изотопов. Различают естественную

радиоактивность (самопроизвольный распад ядер неустойчивых изотопов, существующих в

природе) и искусственную радиоактивность (наблюдается у изотопов, синтезированных

посредством ядерных реакций в лабораторных условиях). Принципиального различия между

ними нет, поскольку способ образования изотопа не влияет на его свойства и законы

радиоактивного распада. Характер радиоактивного распада не зависит от вида химического

соединения, агрегатного состояния вещества, температуры, давления, напряженности

электрического и магнитного полей, т.е. от всех воздействий, которые могли бы привести к

изменению состояния электронной оболочки атома. Следовательно, радиоактивные

свойства элементов обусловлены лишь структурой их ядер. Радиоактивный распад- это

естественное радиоактивное превращение ядер элементов, происходящее самопроизвольно.

Атомное ядро, претерпевающее радиоактивный распад, называют материнским,

возникающее ядро - дочерним. Существует несколько типов реакций распада ядер:  -распад,

 -распад,  - излучение ядер, спонтанное деление тяжелых ядер, протонная

радиоактивность. Соответственно, при протекании этих ядерных реакций возникают  -

излучение, -излучение,  -излучение, протонное излучение, нейтронное излучение.

Альфа – излучение возникает при распаде атомных ядер и сопровождается испусканием

α – частицы. Заряд α - частицы равен +2, масса равна 4 а.е.м. и совпадает с массой ядра гелия

Не. Соответственно, α – частица состоит из 2 протонов и 2 нейтронов. Таким образом, α -

излучение представляет собой поток ядер атомов гелия, обладающих высокой скоростью.

Начальная энергия α – частиц, возникающих при распаде различных радиоактивных

элементов, составляет от 2 до 11 МэВ. Так, при распаде изотопа радия

226

Ra, вылетают α –

частицы со скоростью 17 000 км/час и энергией 4,5 МэВ. Для каждого радиоактивного изотопа

энергия α – частиц постоянна. Поэтому спектр α – излучения является монэнергетическим

(монохроматическим). Альфа- излучение отклоняется электрическим и магнитным полями

(Рис 5), обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей

способностью. Вследствие относительно большой массы и высокой начальной энергиии,

траектория движения α – частицы в веществе прямолинейна. Длина пробега этих частиц в

воздухе не превышает 10 см, в воде и биологических тканях - нескольких десятков

микрометров. В воздухе на 1 см пути пробега, α – частица образует 100 - 250 тысяч пар ионов.

Вследствие высокой ионизирующей способности, α – излучение характеризуется высоким

коэфициентом относительной биологической эффективности и оказывает, соответственно,

очень сильное деструктивное действие на клетки и ткани живых организмов (более подробно

см. на стр. ).

Схематично реакции α-распада можно представить в таком виде :

X →

Z-2

A-4

Y +

He, Внимание сделать

где X - материнское ядро, Y – дочернее ядро,

He – ядро атома гелия (α –частица). Как

видно, при α- распаде массовое число дочернего элемента уменьшается на 4, а зарядовое

число — на 2 единицы. В качестве примеров α- распада можно привести реакции:

238

U →

234

Th +

210

Po →

206

Pb +

Необходимое условие для протекания α-распада: масса материнского ядра должна быть

больше суммы масс дочернего ядра и α –частицы. Этот тип ядерных реакций характерен

для тяжелых ядер с массовыми числами А > 200 и зарядовыми числами Z > 82, так как

только для таких ядер испускание α-частиц является энергетически выгодным. При

радиоактивном распаде, α -частица образуется при столкновении движущихся внутри ядра

двух протонов и двух нейтронов.



-излучение возникает при - распаде ядер радиоактивных изотопов. -частицы

представляют собой электроны ( или позитроны), обладающие высокой скоростью. По своей

физической природе эти электроны (позитроны) не отличаются от обычных электронов,

входящих в состав атомов, т.е. имеют массу m

= 9,11 10

-31

кг и заряд равный - 1.

-

излучение

отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность

значительно меньше, а проникающая способность гораздо больше, чем у -частиц; оно

сильно рассеивается веществом. -частицы одного и того же радиоактивного элемента

обладают различной скоростью и неодинаковой энергией. Это обьясняется тем, что при -

распаде из ядра атома одновременно вылетают электроны (позитроны) и нейтрино.

Нейтрино - электрически нейтральная элементарная частица с нулевой массой покоя со спином

½. Ионизирующая его способность очень мала: в воздухе один акт ионизации приходится на 500

км пробега. Проникающая способность огромна: пробег нейтрино с энергией 1 МэВ в свинце

составляет 10

м. Антинейтрино – античастица по отношению к нейтрино.

Энергия, освобождаемая при каждом акте радиоактивного распада, распределяется между

-частицей и нейтрино. Распределение энергии между этими частицами носит случайный

характер и подчиняется статистическим законам. Поэтому энергетический спектр бета-

излучения является неперерывным, т.е. в потоке -излучения определенного изотопа, есть

частицы с различными значениями энергии - от нуля до некоторого максимального

значения.

Различные радионуклиды отличаются друг от друга по уровню энергии испускаемых -

частиц. Начальная энергия этих частиц может составлять от 15 – 50 кЭв (мягкое



излучение) до 3- 12 МэВ (жесткое



- излучение). Скорость движения -частиц в вакууме

составляет от 110

до 310

см/с. Длина пути пробега -частиц в веществе зависит от

начальной энергии частицы и от плотности облучаемого обьекта. Длина пути пробега этих

частиц в воздухе может доходить до 25 м, в биологических тканях – до 1 см. Траектория

движения их в веществе не прямолинейная, т.к. электроны и позитроны легко изменяют

направление движения под действием электрических и магнитных полей атомов. Бета-

излучение, по сравнению с α-лучами, обладает небольшим ионизирующим эффектом. Так, в

воздухе оно образует 50-100 пар ионов в расчете на 1 см пути пробега.

Как отмечалось выше, этот тип излучения возникает при - распаде радиоактивных ядер.

Бета –распад - произвольный процесс

превращения радиоактивного ядра в другое ядро (массовое

число его не изменяется, а зарядовое число изменяется на Z = ± I) с испусканием электрона

(позитрона) и антинейтрино (нейтрино).

Различают три вида  -распада:

1. 

-распад протекает согласно схеме :

X →

Z+1

A-

Y +

e +



где ,°е — символическое обозначение электрона,

 — электронное антинейтрино

(антинейтрино, сопутствующее ипусканию электрона). При



-распаде массовое число

дочернего вещества не изменяется, а зарядовое число увеличивается на единицу.

Примеры 

- распада:

C 

N +

e +



214

Pb 

214

Bi +

e +



2. 

- распад протекает по следующей схеме:

X →

Z-1

A-

Y +

e +

,

где

e - позитрон (античастица по отношению к электрону),

 - позитронное нейтрино

(нейтрино, сопутствующее испусканию позитрона).

Примеры



распада :

→

e +

,

P→ Si +

e +

,

3. Электронный захват ( e- захват или К – захват) протекает по следующей схеме;

X +

e →

Z-1

A-

Y +

,

Ядро спонтанно захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома и одновременно

испускает электронное нейтрино. Примеры электронного захвата:

Be +

e →

Li +

,

131

Cs +

e →

131

Xe +



Электронный захват обнаруживают по сопровождающемуся его характеристическому

рентгеновскому излучению.

Протонно-нейтронное строение ядра исключает возможность вылета электрона из ядра.

Оказалось, что при распаде ядер нейтроны могут превращаться в протон с испусканием 

электрона и антинейтрино:

n →

p +

e +

,

При 

- распаде происходит превращение протона в нейтрон с испусканием

позитрона и электронного нейтрино по следующей схеме:

→

n +

e +

,

Таким образом, при распаде возникают протонное и нейтронное излучения.

Спонтанное деление тяжелых ядер. Данный процесс протекает по следующей схеме:

X →

где X – исходное тяжелое материнское ядро, Y

2 -

дочерние ядра.

Механизм спонтанного деления подобен механизму -распада. Вероятность спон-

танного деления обычно мала, но с ростом Z

/A она возрастает.

Протонная радиоактивность. Протонное излучение представляет собой поток

протонов, возникающих при радиоактивном распаде некоторых элементов. Небольшое число

легких ядер с относительно короткими временами жизни, обладая избытком протонов, могут

претерпевать превращения, испуская один или два (двупротонная радиоактивность) протона.

Кроме того, протонное излучение возникает и при -распаде.

Нейтронное излучение возникает также при радиоактивном распаде ядер элементов.

Нейтрон

n является незаряженной элементарной частицей с массой равной массе протона.

Реакции деления тяжелых ядер сопровождаются испусканием избыточных нейтронов, так

называемых нейтронов деления. Под действием нейтронов деления возникают

самоподдерживающаяся цепочка процессов деления, что делает возможной осуществление

цепной реакции деления – ядерной реакции, в которой частицы, вызывающие реакцию,

образуются как продукты этой реакции. Энергия нейтрона также зависит от его скорости.

Соответственно, нейтроны по скорости и энергии подразделяются на быстрые, медленные и

тепловые нейтроны. Ионизирующая способность нейтронов, и соответственно,

радиобиологический эффект нейтронного облучения зависят от энергии нейтронов в потоке

( см. табл. 1 на стр. ).

Контрольные вопросы и задания:

1. Назовите виды корпускулярного и электромагнитного ионизирующих излучений.

2. Что означают термины «естественная радиоактивность», «искусственная

радиоактивность»?

3. Какие единицы используются для измерения энергии ионизирующих излучений?

4. Каково происхождение характеристического, «линейчатого» спектра рентгеновского

излучения?

5. В чем сходства и различия рентгеновской трубки и электронно-лучевой трубки?

6. Существует ли рентгеновское излучение естественного происхождения? Ответ обоснуйте.

7. Объясните сходства и различия в понятиях «источник ионизирующих излучений» и

«радионуклидный источник».

8. Как Вы понимаете словосочетание «стохастические эффекты облучения». Приведите

примеры стохастических эффектов.

9. Относится ли отработавший свой ресурс рентгеновский аппарат к радиоактивным

отходам?

10. Приведите примеры реакций - распада.

11. В процессе радиоактивного распада образовалось новое ядро с тем же массовым

числом, но с другим значением заряда. По какому типу распада произошла ядерная

реакция?

12. В ядерной реакции появились дочерние ядра со значением заряда меньшим на 2,

чем у материнских ядер. Какое излучение сопровождает эту реакцию?

13. Какие типы ионизирующих излучений могут возникать при работе телевизора,

монитора персонального компьютера?

14. Может ли один и тот же радионуклид испускать одновременно: а) - и  -

излучения;

б) - и  - излучения; в )  -и  - излучения.

15. Будут ли идентичны спектры излучения двух рентгеновских трубок, если анод

одного из них сделан из вольфрама, другого – из ванадия? Ответ обоснуйте.

16. Как изменится спектр излучения рентгеновской трубки при повышении

напряжения между катодом и анодом?

17. Дайте объяснения терминам «радионуклид», «радиоактивный изотоп». Приведите

примеры естественных радионуклидов.

18. Как вы понимаете термины «жесткое ионизирующее излучение», «мягкое

ионизирующее излучение» ? Как можно регулировать жесткость излучения

рентгеновского аппарата?

Задачи

1. Какой наименьшей длиной волны будет обладать излучение рентгеновского аппарата,

если напряжение между анодом и катодом составляет 100 кВ?

2. Каково напряжение между электродами в рентгеновской трубке, если минимальная длина

волны в спектре излучения 0,1 нм ?

3. Чему равна начальная энергия квантов рентгеновского излучения с частотой  = 10

МГц?

4. Рассчитайте энергию квантов  - излучения с длиной волны λ = 310

-3

нм.

5. Начальная энергия квантов  - излучения Е

= 8,26 МэВ. Какая длина волны у этого

излучения?

Лекция 3. Закон радиоактивного распада. Механизмы взаимодействия

ионизирующих излучений с облучаемым веществом.

Закон радиоактивного распада

Распад ядер изотопов происходит самопроизвольно, непрерывно и является статистическим

процессом. Количество ядер атомов исходного изотопа непрерывно уменьшается, а количество

продуктов распада непрерывно накапливается. При радиоактивном распаде проявляется

некоторая общая закономерность, которая заключается в том, что количество атомов данного

радиоактивного изотопа, распадающихся в единицу времени, всегда составляет определенную,

характерную для данного изотопа долю от полного числа еще не распавшихся атомов. Это

связано с тем, что вероятность распада отдельного атома за промежуток времени t не зависит

от условий, в которых находился и находится этот атом, а зависит только от времени. Поэтому

число атомов N, распавшихся за время t, пропорционально общему числу не распавшихся

атомов. Этот закон математически можно выразить так:



N =





где N - число распавшихся ядер за промежуток времени t, N - число не распавшихся ядер,

 - величина, пропорциональная вероятности распада одного ядра, называется постоянной

распада и является константой, характерной для данного изотопа. Закон радиоактивного

распада записывается в виде дифференциальных уравнений

-dN/dt =



Ndt/dt =



N [1]

Величина -dN/dt есть абсолютная скорость распада ядер радиоактивного изотопа,

называется активностью изотопа (А).

Из уравнения [1] следует, что



= dN/dtN, т.е.



есть уменьшение числа не распавшихся

ядер или доля ядер, распадающихся в единицу времени. Постоянная распада имеет размерность

-1

. Чем выше



, тем быстрее происходит радиоактивный распад. Величина t = 1/ называется

средней продолжительностью жизни атомов данного изотопа. Закон радиоактивного распада

можно сформулировать и так: средняя продолжительность жизни атомов есть величина

постоянная для данного изотопа. На практике удобно пользоваться интегральной формой

этого закона.

eNN





где N

- число атомов изотопа при t = 0, N

- число атомов изотопа к моменту времени t.

Период полураспада. Для характеристики радиоактивного распада вместо  используют

величину, называемую периодом полураспада Т

1/2

. Период

полураспада - это время, в течение

которого в среднем распадается половина начального количества радиоактивных ядер. Если в

формуле

eNN





возьмем t = Т

1/2

, N

= N

/2, то

или

Прологарифмируем обе части уравнения.

, , отсюда

, .

Тогда закон радиоактивного распада можно написать таким образом:

При регистрации ионизирующих излучений определяют число распадов в единицу

времени. Как было отмечено, мера количества радиоактивного вещества, выражаемая

числом радиоактивных превращений в единицу времени называется активностью этого

вещества и обозначается А.

A = - dN/dt =N

Единицей измерения активности в системе СИ является 1 распад/с = 1 Беккерель (Бк).

Широко используются внесистемная единица измерения активности - Кюри (Ки). 1 Ки =

3,710

Бк. В практической работе применяют единицы измерения активности милликюри

(мКи), микрокюри (мкКи) и т.д

Взаимодействие электромагнитных ионизирующих излучений с веществом

Частицы и кванты ионизирующих излучений, распространяясь в веществе,

взаимодействуют с электронами и ядрами атомов, в результате чего изменяется состояние,

как облучаемого вещества, так и самих частиц, квантов. При этом кинетическая энергия

ионизирующих частиц и квантов расходуется на ионизацию и возбуждение атомов.

Ионизация атомов и молекул при облучении веществ ионизирующими излучениями

электромагнитной природы может протекать по 3 основным механизмам.

1. Фотоэлектрический эффект, при котором энергия кванта полностью расходуется

на разрыв связи электрона с ядром и придание электрону кинетической энергии (Рис. 1а). В

облучаемом веществе появляются свободные электроны, обладающие определенной

кинетической энергией, которые, соединяясь с нейтральными атомами, образуют

отрицательные ионы Энергетические характеристики образовавшихся при фотоэффекте

электронов существенно не различаются. Вероятность фотоэлектрического эффекта тем

выше, чем ближе значение энергии кванта к значению энергии связи и чем больше число

электронов в атоме. Если энергия кванта недостаточна для ионизации, то происходит

возбуждение атома. Фотоэффект и возбуждение атомов происходят в основном при

облучении мягким рентгеновским излучением. С повышением энергии квантов

электромагнитного излучения, вероятность фотоэффекта уменьшается. При облучении

квантами с высокими энергиями, превышающими энергию внутриатомных связей (1

МэВ), вклад фотоэффекта в ионизацию атомов незначителен. Большая часть ионов в этом

случае образуется по другому механизму размена энергии - эффекту Комтона.

2. Эффектом Комтона называется механизм ионизации, при котором только часть

энергии ионизирующего кванта передается вылетающему электрону (Рис. 1б). При этом

рассеянный квант изменяет направление движения и может выбить другой электрон. один и

тот же квант может ионизировать вещество до тех пор, пока его энергия не уменьшится до

значений энергии внутримолекулярных связей и не произойдет фотоэлектрический эффект.

В отличие от фотоэлектронов, энергия электронов образующихся при эффекте Комтона,

изменяется в широком интервале (от нуля до некоторго максимального значения).