Материал: Романцов В.П., Романцова И.В., Ткаченко В.В. Сборник задач по Дозиметрии и защите от ионизирующего излучения

1.РАДИОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

1.1.Характеристики источников ионизирующего излучения

1. Радиоактивность – способность нестабильных атомных ядер спонтанно (самопроизвольно) превращаться в другие ядра с испус-

Радиоактивный распад – ядерное превращение с изменением состава ядра ( -распад, -распад, спонтанное деление и др.).

Электромагнитный переход – ядерное превращение с изменением только энергетического состояния ядра.

2. Возможные превращения ядра представляют в виде схемы переходов, которую именуют (исторически) схемой распада. Для примера на рис. 1.1 представлена схема -распада. Бета-распад может осуществляться тремя способами: -распад изображен стрелками направо, е-захват – стрелкой налево, +-распад – вертикальной стрелкой посередине и дальше стрелками налево. Процессы-распада можно наглядно объяснить, если предположить (услов-

но), что в ядре нейтрон превращается в протон или наоборот. Если

~ ~

нейтрон «превратится» в протон (по схеме n p + e + , где –

антинейтрино), то возникший электрон не может оставаться в ядре и вылетает из него. Таким образом, заряд ядра увеличивается на

единицу и элемент c A превращается в элемент c B – это и есть

b b 1

процесс -распада. Одновременно с электроном из ядра вылетает антинейтрино. Если в ядре протон «превращается» в нейтрон (p n

+ e+ + ), то заряд ядра уменьшается на единицу, т.е. элемент bc A

превращается в элемент b-c1 D – это +- распад, который сопровождается вылетом из ядра позитрона и нейтрино. Поскольку масса протона меньше массы нейтрона, для осуществления +- распада протон заимствует из энергии связи других нуклонов ядра энергию 2mec2 – это энергетическое условие +- распада.

6

можно определить из схемы распада нуклида, используя понятие выхода частиц. Выход частиц – вероятность испускания частиц на одно ядерное превращение (для -квантов данного перехода между уровнями энергии называется квантовым выходом перехода, а если при переходе происходит конверсия на атомной оболочке, то выходом конверсионного электрона), тогда

где A – активность радионуклида, Бк.

4. Активность радионуклида в источнике А – отношение числа спонтанных ядерных переходов dN из определенного энергетического состояния ядра радионуклида в источнике за интервал вре-

Единица активности радионуклида – беккерель (Бк), физическая размерность [1/с].

Беккерель равен активности радионуклида в источнике, в котором за 1 с происходит одно спонтанное ядерное превращение.

Внесистемная единица активности – кюри (Ки), 1 Ки = 3,7 1010 Бк.

Соотношение между активностью А и числом радиоактивных атомов N(t), имеющихся в источнике в данный момент времени t,

7

где – постоянная распада, характеризующая вероятность ядерного превращения одного атома в единицу времени, с-1.

Период полураспада Т1/2 – время, в течение которого распадается (испытывает ядерные превращения) половина атомов радио-

5. Закон радиоактивного распада радионуклида в источнике

(уменьшение активности со временем)

где A0 – активность радионуклида в источнике в начальный момент времени t = 0.

6. Закон накопления числа радиоактивных ядер N(t) при посто-

7. При распаде ядра может образоваться ядро нового нуклида в нестабильном состоянии, при распаде нового нуклида также может образоваться нестабильное ядро и т.д., пока цепочка распадов не закончится устойчивым (стабильным) нуклидом. Принято называть первичное ядро материнским, вторичные – дочерними.

Если в начальный момент времени t = 0 в источнике имелись атомы только материнского радионуклида и его активность составляла А1(0), то для неветвящейся (простой) цепочки распада из n последовательно распадающихся радионуклидов с постоянными распада 1, . . . , n изменение активности может быть рассчитано по

Используя значения j , можно рассчитать суммарную активность всех n радионуклидов, находящихся в источнике:

где A1(t) – активность материнского радионуклида (формула (1.8));

j определяется по формуле (1.9).

8.Соотношение между массой m радионуклида в граммах и его активностью А в беккерелях1

где М – атомная масса радионуклида, T1 2 период полураспада в

секундах.

9. Активность А [Бк] радионуклида, имеющего массу m [г], пери-

1Если активность А в формуле (1.12) выразить в Ки, то константу 2,4 10-24 следует заменить на 8,86 10-14.

2Если активность А в формуле (1.13) выразить в Ки, то константу 4,17 1023 следует заменить на 1,13 1013.

9

1.2.Характеристики поля излучения

10.Поток частиц (фотонов) F(t) – отношение числа частиц (фотонов) dN, пересекающих заданную поверхность за интервал времени dt, к величине этого интервала:

Размерность – 1/с.

11. Флюенс частиц (фотонов) Ф – отношение числа частиц (фотонов) dN, проникающих в элементарную сферу, к площади поперечного сечения этой сферы dS:

Размерность 1/м2; 1/см2.

12. Плотность потока частиц3 (фотонов) – отношение изме-

нения флюенса частиц (фотонов) dФ за интервал времени dt, к величине этого временного интервала:

Для точечного изотропного источника с активностью А(t) и выходом частиц плотность потока частиц (t,r) в вакууме в любой момент времени t и в любой точке на расстоянии r от источника