ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 132
Скачиваний: 0
лучением в элементе объема массой Ат, к этой массе:
D = |
АЕ |
(3) |
Ат |
Вместо этого термина можно использовать термин— доза излу чения.
Единицей поглощенной дозы излучения является джоуль на килограмм (дж/кг). Однако в радиационно-химических исследо ваниях обычно применяется внесистемная единица — рад (от на чальных букв английского выражения «radiation absorbed dose»), Один рад соответствует поглощению 100 эрг энергии любого вида ионизирующего излучения в 1 з облученного вещества. Одна ты сяча рад составляет килорад (крад), 10е рад —- мегарад (Мрад), 10_3 рад — миллирад (мрад) и 10'6 рад — микрорад (мкрад).
В радиационной химии величину дозы излучения часто выра жают в эв/г. Иногда электр онвольт относят к единице объема облу ченного вещества (соответствующие единицы — эв/мл, эв/л). Ниже приводятся соотношения между различными единицами измерения дозы излучения:
1 рад = 0,01 дж/кг = 100 эрг/г = 6,24-107 Мва/г — 6,24-1013 эв/г.
Мощность поглощенной дозы излучения (мощность дозы излу чения) Р — это поглощенная доза излучения (доза излучения), отнесенная к единице времени:
АР |
(4) |
Р At * |
В качестве единицы измерения Р рекомендован ватт на килограмм (вт/кг). В радиационно-химических исследованиях обычно при меняются следующие единицы: рад/сек (он равен 0,01 вт/кг),
рад/мин, Мрад/час, эв/ (г-сек), эв! (мл• сек) и т. д. В работах с ре акторным излучением мощность дозы часто выражают в вт/г
или мвт/г.
В случае рентгеновского и у-излучеяий применяется также ве личина — экспозиционная доза. Она выражается отношением суммарного количества электрического заряда Дq ионов одного знака, образованного излучением, поглощенным в некоторой мас се воздуха Ат, к этой массе:
Единицей этой дозы, нашедшей широкое использование, является рентген (р). Он введен в употребление в 1928 г. на Втором между народном радиологическом конгрессе. Рентген — это экспози ционная доза рентгеновского и у-излучений, при прохождении которых через 1,293 • 10-3 г воздуха в результате завершения всех ионизационных процессов в воздухе создаются ионы, несущие заряд в одну электростатическую единицу количества электри-
14
чества каждого знака. Подчеркнем, что 1,293 • 10_3 г — это масса 1 см3 атмосферного воздуха при температуре 0° С и 760 мм рт. ст.
ГОСТ 8848—63 в качестве единицы экспозиционной дозы рент геновского и у-излучений установил кулон на килограмм воздуха
(к/кг). Один рентген равен 2,58-10“4 к/кг (точнее, 2,57976-10“4 к/кг).
Мощность экспозиционной дозы — это экспозиционная доза, отнесенная к единице времени. Единицей ее измерения служит рентген в секунду (р/сек). По ГОСТ 8848—63 единицей измерения мощности экспозиционной дозы является ампер на килограмм воз духа (а/кг). Один р/сек равен 2,58• 10~4 а/кг.
Легко получить энергетические эквиваленты рентгена. Число пар ионов, создающих заряд в единицу количества электричества
(в системе СГСЭ) в 1 см3 или 1 |
г воздуха, |
равно: |
|
||||||
|
1 |
1 |
|
_ . „пар иопов |
, |
__ пар ионов |
|||
iP = ~д~= 4,8-10~10 = |
2'08Л0 |
Зж5 |
=1,61-10 |
- |
|||||
где q = |
4,8-Ю '10 — заряд электрона в системе СГСЭ. |
|
|||||||
Поскольку |
средняя |
энергия |
образования |
одной |
пары ионов |
||||
в воздухе равна 33,7 эв [17J, то |
|
|
|
|
|
||||
ip = |
2,08- 10е-33,7 |
вв[смя = 7,01-1010 вв/см3 = 0,112 |
врг/см3, |
||||||
1р = |
1,61-10и -33,7 |
ве/г = 5,43-1013 вв/г = |
86,9 |
врг/г = 0,869 рад. |
|||||
Единица рентген применима для фотонных излучений с энер гиями до 3 Мэе. При больших энергиях средняя энергия образо вания одной пары ионов зависит от энергии фотонов.
Экспозиционная доза характеризует поле рентгеновского или
у-излучения. Она определяется с помощью ионизационных методов.
Вотличие от поглощенной дозы фотонного излучения (т. е. энер гии излучения, поглощенной в единице массы) она представляет собой энергию, переданную заряженным частицам, возникшим в ве ществе.
Врадиационной химии, как правило, имеют дело с поглощен ной дозой излучения и мощностью поглощенной дозы излучения. Поэтому при дальнейшем изложении мы ради удобства будем ис пользовать термины «доза» и «мощность дозы», понимая под этим соответственно «поглощенную дозу излучения» и «мощность по глощенной дозы излучения».
Вдозиметрии ионизирующих излучений применяется также понятие «керма». Название его происходит от английского выра жения: «kinetic energy released per unit mass». По определению
МКРЁ [17J, керма — это частное от деления АЕК на Ат, где АЕК есть сумма начальных кинетических энергий всех заряжен ных частиц, выделяемая косвенно ионизирующими частицами
в |
элементе объема данного материала, и Ат — масса материала |
в |
этом элементе объема. При этом АЕК включает не только кине |
тическую энергию частиц в результате столкновений, но также энергию, которую заряженные частицы теряют в виде тормоз
15
ного излучения, а Ат должно быть настолько мало, чтобы оно заметно не влияло на радиационное поле. Единицей кермы в си стеме СИ является джоуль на килограмм (дж/кг).
2. Общие закономерности радиоактивного распада
Один из источников ионизирующих излучений — распад ра диоактивных изотопов. Поэтому представляется целесообраз ным рассмотреть кратко общие закономерности этого процесса.
Скорость радиоактивного распада атомов одинакового типа в каждый момент времени t пропорциональна количеству атомов
N, т. е.
(6)
где Я — постоянная распада (характеристическая константа), т. е. число атомов, распадающихся в 1 сек. Уравнение (6) представляет скорость процесса первого порядка.
Интегрируя уравнение (6) по времени от 0 до t, получаем
N = N ae~U , |
(7) |
где N 0 и N — количество атомов в моменты времени 0 н t. |
|
Уравнение (7) |
можно записать в виде |
lu (N/No) = — kt.
Если In (N/N0) отложить по ординате, a t — по абсциссе, то гра фически уравнение (8) изображается прямой линией с отрицатель ным углом наклона. Йаклон тем больше, чем быстрее идет распад.
Важнейшей характеристикой радиоактивного изотопа являет ся период полураспада, представляющий собой промежуток вре мени, за который распадается половина ядер, существовавших сначала. Его обозначения — Л-,, Тi „ Т пли т. В настоящей книге принято обозначение ty2. Очевидно, по истечении ty2распадается половина имевшихся радиоактивных ядер, по истечении 2 ty2— снова половина, так что остается У4 часть от начального коли чества ядер. Можно дать следующее соотношение между умень шением N 0 и кратностью периода полураспада:
Кратность |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Число нераспавшихсяядер, % 100 |
50 25 12,5 6,25 3,12 1,56 |
0,78 |
0,39 0,2 |
0,1 |
|||||||
В зависимости от того, каким (короткоили долгоживущим) |
|||||||||||
является радиоактивный изотоп, |
ty2 измеряется в |
секундах, |
ми |
||||||||
нутах, днях или годах. Изотопы, известные в настоящее время, имеют величины ty2от 10-7 сек. до 10п лет.
Из |
определения ty2 следует, |
что при t = ty, N = 7V0/2. |
||
Отсюда |
la 2 |
0,693 |
|
|
'Ч* - |
(9) |
|||
X ~ |
% |
|||
16
Другая важная характеристика радиоактивного изотопа — активность (обозначим ее буквой а). Она равна числу ядер изото па, распадающихся в единицу времени, т. е.
а = |
dN |
(10) |
- ч г • |
||
Из уравнений (10) и (6) находим |
|
|
а = |
— %N, |
(И) |
т. е. активность равна произведению постоянной распада на коли чество имеющихся радиоактивных ядер.
ГОСТ 8848—63 в качестве единицы активности в радиоактив ном источнике установил распад в секунду (расп/сек).
Внесистемной единицей активности является кюри, опреде ляемая как активность препарата данного изотопа, в котором про исходит 3,700-1010 актов распада в одну секунду. Применяются также единицы, дробные или кратные кюри: пикокюри (пкюри) —
= 3,7 -10-2 расп/сек-, нанокюри (нкюри) = 37 расп/сек] микрокюри
(мккюри) = |
3,7■ 10*расп/сек; милликюри (мкюри) = 3,7• 107расп/сек; |
килокюри |
(ккюри) = 3,7-1013 расп/сек и мегакюри (Мкюри) — |
— 3,7 -1016 |
расп/сек. |
Понятие «активность» часто применяют для обозначения коли чества радиоизотопа. Например, говорят: «1 кюри 60Со», что стро го означает: «количество 60Со с активностью 1 кюри». Отметим так же, что число ядерных превращений не всегда соответствует числу испущенных частиц и еще реже — числу испущенных у-квантов. Активность характеризует лишь скорость ядерных превращений.
у-Излучатели часто характеризуют по ионизации, производи мой у-лучами в воздухе и измеренной в одинаковых условиях. С этой целью используется величина — гамма-эквивалент. Еди ницей его является миллиграмм-эквивалент радия (мг-экв радия). Один мг-экв радия — это гамма-эквивалент радиоактивного препа рата, у-излучение которого при данной фильтрации и тождест венных условиях измерения создает такую же мощность экспози ционной дозы, как и у-излучение 1 мг Государственного эталона радия СССР в равновесии с основными дочерними продуктами рас пада при платиновом фильтре толщиной 0,5 мм. Гамма-эквивалент М изотопа (мг-экв радия) связан с его активностью а (мкюри) соот ношением
М = |
aKy/8 ,i, |
(12) |
где К-, |
— ионизационная |
гамма-постоянная [ее размерность — |
р • см2/(час • мкюри)].
Цифра 8,4 в формуле (12) представляет собой мощность экспо зиционной дозы (p/час), измеренную на расстоянии 1 см от источ
ника радия активностью 1 мкюри, |
находящегося в равновесии |
с основными дочерними продуктами |
распада и окруженного пла |
тиновым фильтром толщиной 0,5 мм. Д[йя~в?6о'-И'л^С&,--лахрдя-
щнх широкое использование в радиационной химии в качестве источников у-излучения, К у равны соответственно 12,93 и 3,10
р-см2/ (час-мкюри) [12].
Легко найти число ядер N изотопа, соответствующее 1 кюри. В этом случае из уравнения (11) имеем
XN — 3,7 • 1010 расп/сек.
Тогда
7V = |
3 ,7 - 1010 |
3,7-lOWfy. |
= 5, 34-10iofVj, |
(13) |
X |
0,693 |
где ti/s измерено в сек.
Масса М изотопов, соответствующая 1 кюри, равна (в скобках указаны единицы измерения ty„)
М |
N A |
(мин.) = |
|
0-Q2. ю 2з ==8,86- «Н М #,,. (сек.) = 5,3 • |
|
||
= |
3,2-10-10/li,^ (час.) = 7,7-10~°Л<1/г (дпей) = |
2,8-10-°Ж 1/г(лет), |
(14) |
где А — атомный вес изотопа.
Нетрудно показать, что активность аг (в кюри) 1 г любого ра диоактивного изотопа равна
_ 1,13-1013 |
_ 1,88-10» _ |
3,1-10° |
_ 1,3-Ю 8 |
_ '3,57-Ю 6 |
01— At,^ (сек.) — At,js (мшт.) — A (час.) — At,^ (дней) — At,^ (лет) ‘ |
||||
|
|
|
|
(15) |
Следующее |
понятие — удельная |
активность. |
Это — актив |
|
ность на единицу массы или |
объема |
(например, |
кюри/г, кюри/л |
|
и т. и.). |
|
|
|
|
Существует также понятие —средняя продолжительность жиз
ни радиоактивного изотопа. |
Обозначим ее символом т. Очевидно, |
T = lA = l,443f„2. |
(16) |
Величина т равна времени, по истечении которого начальная активность уменьшится в 1/е раз (т. е. до 36,8%).
3. Фотонное излучение
Фотонное излучение, применяемое в радиационной химии, имеет энергии от ~ 0,1 кэв до ~ 20—30 Мэе. Его часто характе ризуют также длиной волны. Соотношение между длиной волны % и энергией Е таково:
Е = hc/X, |
(17) |
где h — постоянная Планка (6,63-10~27 эрг-сек); |
с — скорость |
света (2,998-Ю10 см/сек). |
|
18