Активность радиоактивного вещества

Радиоактивность. Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием элементарных частиц. Ядра, подверженные такому распаду, называются радиоактивными. Ядра, не испытывающие радиоактивного распада, называются стабильными. В процессе распада у ядра может изменяться как атомный номер Z, так и массовое число A.

Радиоактивный распад характеризуется временем его протекания, сортом испускаемых частиц, энергиями испускаемых частиц, а при вылете из ядра нескольких частиц еще и относительными углами между направлениями вылета частиц. Иногда изучаются ориентации спинов начального и конечного ядер, а также вылетающих частиц. Исторически радиоактивность является первым ядерным процессом, обнаруженным человеком (А.Беккерель, 1896).

К числу радиоактивных процессов относятся: 1) α-распад; 2) β-распад (в том числе электронный захват); 3) γ- излучение ядер; 4) спонтанное деление тяжелых ядер; 5) протонная радиоактивность.

Радиоактивность, наблюдающаяся у ядер, существующих в природных условиях, называется естественной. Радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной. Между искусственной и естественной радиоактивностью нет принципиального различия. Процесс радиоактивного превращения в обоих случаях подчиняется одинаковым законам.

Закон радиоактивного превращения. Отдельные радиоактивные ядра претерпевают превращение независимо друг от друга. Поэтому можно считать, что количество ядер dN, распадающихся за малый промежуток времени dt, пропорционально как числу имеющихся ядер N, так и промежутку времени dt:

(26.1)

Здесь λ - характерная для радиоактивного вещества константа, называемая постоянной распада. Знак минус взят для того, чтобы dNможно было рассматривать как приращение числа нераспавшихся ядер N. Интегрирование выражения (26.1) приводит к соотношению

, (26.2)

где N₀ - количество ядер в начальный момент, N - количество нераспавшихся атомов в момент времени t. Формула (1.16) выражает закон радиоактивного превращения. Этот закон весьма прост: число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.

Существенным свойством явления радиоактивности является независимость постоянной распада λ от времени. Независимость величины λ от времени выражается в том, что различные моменты времени ничем не выделены друг перед другом с точки зрения вероятности предстоящего распада ядер. Атомные ядра ни в каком смысле не «стареют» в процессе своего существования. Для них существует понятие среднего времени жизни, но не существует понятия возраста.

Количество ядер, распавшихся за время t, определяется выражением

(26.3)

Время, за которое распадается половина первоначального количества ядер, называется периодом полураспада Т. Это время определяется условием

.

Откуда

. (26.4)

Период полураспада для известных в настоящее время радио­активных ядер находится в пределах от с до лет.

Найдем среднее время жизни радиоактивного ядра. Коли­чество ядер dN(t), испытывающих превращение за промежуток времени от t до t+dt, определяется модулем выражения: dN(t) = λN(t)dt. Время жизни каждого из этих ядер равно t. Следовательно, сумма времени жизни всех N₀ имевшихся перво­начально ядер получается путем интегрирования выражения tdN(t). Разделив эту сумму на число ядер , получим сред­нее время жизни τ радиоактивного ядра:

.

Подставим сюда выражение (26.2) для N(t):

Таким образом, среднее время жизни есть величина, обратная постоянной распада λ:

. (26.5)

Сравнение с (26.4) показывает, что период полураспада Т отличается от τ числовым множителем, равным In 2.

Активность радиоактивного вещества. Активностью радиоак­тивного препарата называется число распадов, происходящих в препарате за единицу времени. Если за время dt распадается ядер, то активность равна /dt.

Тогда .

Отсюда следует, что активность радиоактивного препарата рав­на λ N, т.е. произведению постоянной распада на количество имеющихся в препарате не распавшихся ядер. Активность характеризует интенсивность излучения препарата в целом, а не отдельного ядра.

В отношении единиц активности сейчас имеется некоторый разнобой. Старейшей и до сих пор наиболее употребительной является внесистемная единица кюри:

В международной системе единиц (СИ) единицей активности является 1 распад в секунду. Наконец, существует еще одна внесистемная единица – резерфорд:

1 Рд = расп./с.

Применяются дробные единицы (милликюри, микрокюри и т.д.), а также кратные единицы (килокюри, мегакюри).

Поиск по сайту: