Закон радиоактивного распада. Активность радиоактивного элемента и единицы активности.
Количество любого радиоактивного изотопа со временем уменьшается вследствие радиоактивного распада (превращения ядер).
Скорость распада определяется строением ядра, и поэтому нельзя повлиять на этот процесс никакими обычными физическими или химическими способами, не изменив состояния атомного ядра.
Для каждого радиоактивного изотопа средняя скорость распада его атомов постоянна, неизменна и характерна только для данного изотопа.
Постоянная радиоактивного распада - для определенного изотопа показывает, какая доля ядер распадается в единицу времени. Постоянную распада выражают в обратных единицах времени: с–1, мин–1, ч–1 и т. д., чтобы показать, что количество радиоактивных ядер не растет, а убывает.
Средняя продолжительность жизни ядра - величина, обратная постоянной распада (τ=1/λ).
Основной закон радиоактивного распада устанавливает, что за единицу времени распадается всегда одна и та же доля имеющихся в наличии ядер. Математически закон радиоактивного распада выражается уравнением Nt = N0е–_t, где Nt — число радиоактивных ядер, оставшихся по прошествии времени t;
N0 — исходное число радиоактивных ядер в момент времени t = 0 (N0 > Nt); е — основание натуральных
логарифмов (е = 2,72); _ — постоянная радиоактивного распада;
t — время.
По этой формуле можно рассчитать число не распавшихся радиоактивных атомов в данный момент времени.
Для характеристики скорости распада радиоактивных элементов в практике пользуются вместо постоянной распада периодом полураспада.
Период полураспада — это время, в течение которого распадается половина исходного количества радиоактивных
ядер. Он обозначается буквой Т и выражается в единицах времени.
λ= 0,693/Т; Т = 0,693/λ.
чем больше значение λ, тем меньше значение Т, и наоборот. Заменив λ в формуле ее значением, получим
Nt = NQe0,693t/T.
Особенность радиоактивного распада состоит в том, что ядра одного и того же элемента распадаются не все сразу, а постепенно, в различное время.
Распад ядер происходит неравномерно — то большими, то меньшими порциями. Из этого следует практический вывод, что при одном и том же времени измерения числа импульсов от радиоактивного препарата мы можем получить разные значения. Следовательно, для получения верных данных необходимо измерения одной и той же пробы проводить не один, а несколько раз, и чем больше, тем точнее будут результаты. Однако при определении радиоактивности короткоживущих препаратов будут возникать другие ошибки. Во избежание этого необходимо правильно выбрать время счета (таблица Бэлла и др.).
АКТИВНОСТЬ РАДИОАКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА И ЕДИНИЦЫ АКТИВНОСТИ
Количество радиоактивного вещества обычно определяют не единицами массы (грамм, миллиграмм и т. п.), а активностью данного вещества, которая равна числу распадов в единицу времени. Чем больше радиоактивных превращений испытывают атомы данного препарата в секунду, тем больше его активность.
Таким образом, активность радиоактивного вещества — это физическая величина, характеризующая число рас_
падов в единицу времени. Активность характеризует абсолютную скорость распада данного изотопа и обозначается буквой А.
Как следует из закона радиоактивного распада, активность радионуклида пропорциональна числу радиоактивных
атомов, т. е. возрастает с увеличением количества данного вещества. Поэтому активность любого радиоактивного препарата по истечении времени t можно определить по формуле, соответствующей основному закону радиоактивного распада: Аt = NQe0,693t/T
Радиоактивность измеряется как в системных, так и в несистемных единицах. Единицей активности в системе единиц (СИ) служит Беккерель (Бк). В ранее опубликованных работах часто встречаются и внесистемные единицы, поэтому здесь мы приводим и те и другие.
Беккерель — это такая активность радионуклида, при которой в нем за 1 с происходит 1 акт распада:
1Бк = 1 расп/с = 1с–1.
Наиболее распространенной внесистемной международной единицей до введения системы Си являлась единица Кюри (Ки).
Кюри — это такое количество любого радиоактивного вещества, в котором число радиоактивных распадов в секунду
равно 3,7 _ 1010. Единица Кюри соответствует радиоактивности 1 г радия.
Кюри очень большая величина, поэтому обычно употребляют дробные производные единицы:
милликюри (1 мКи = 10–3Ки = 3,7…107 расп/с);
микрокюри (1 мкКи = 10–6 Ки = 3,7 …104 расп/с);
нанокюри (1 нКи = 10–9 Ки = 3,7 … 10 расп/с);
пикокюри (1 пКи = 10–12Ки = 0,037 расп/с).
На практике часто пользуются числом распадов в минуту. Тогда единица радиоактивности Кюри и дробные производные от нее принимают следующие значения:
1 Ки = 2,22 …1012 расп/мин;
1 мКи = 2,22 __ 109 расп/мин;
1 мкКи = 2,22 _ 106 расп/мин;
1 нКи = 2,22 _ 103 расп/мин;
1 пКи = 2,22 расп/мин.
Концентрация активности радиоактивного вещества часто определяется величиной удельной или объемной активности (Q), т. е. активности, приходящейся на единицу массы Q = А/m (Ки/кг или Бк/кг) или объема Q = А/V (Ки/л или Бк/л). Плотность загрязнения радионуклидами территории оценивается в единицах поверхностной активности. Согласно закону радиоактивного распада можно рассчитать активность любого радиоактивного препарата по истечении времени t, зная его начальную активность (А0 — исходная активность препарата).
