Activitatea surselor radioactive

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 13 februarie 2021; verificările necesită 2 modificări .

Activitatea unei surse radioactive este numărul de dezintegrari radioactive elementare pe unitatea de timp [1] .

Cantități derivate

Activitatea specifică este activitatea pe unitatea de masă a substanței sursă.

Activitatea volumetrică este activitatea pe unitatea de volum a sursei. Activitățile specifice și volumetrice sunt utilizate, de regulă, în cazul în care substanța radioactivă este distribuită pe volumul sursei.

Activitatea de suprafață este activitatea pe unitatea de suprafață a suprafeței sursei. Această valoare se aplică cazurilor în care materialul radioactiv este distribuit pe suprafața sursei.

Unități de activitate

În Sistemul Internațional de Unități (SI), unitatea de activitate este becquerelul (desemnarea rusă: Bk; internațional: Bq); 1 Bq \u003d s −1 . Într-o probă cu o activitate de 1 Bq, are loc o medie de 1 dezintegrare pe secundă.

Unitățile de activitate în afara sistemului sunt:

curie (denumire rusă: Ki; internațională: Ci); 1 Ci \u003d 3,7⋅10 10 Bq (exact).
rutherford (denumire rusă: Rd; internațional: Rd); 1 Rd \u003d 10 6 Bq (exact). Unitatea este rar folosită.

Activitatea specifică este măsurată în becquereli pe kilogram (Bq / kg, Bq / kg), uneori Ci / kg, etc. Unitatea de sistem a activității volumetrice este Bq / m³, Bq / l este, de asemenea, adesea folosit . Unitatea de sistem de activitate a suprafeței este Bq/m², Ci/km² este, de asemenea, adesea folosit ( 1 Ci/km² = 37 kBq/m² ).

Există, de asemenea, unități nesistemice învechite pentru măsurarea activității volumetrice (utilizate numai pentru nuclizii alfa-activi, de obicei gazoși, în special pentru radon ):

mahe ; 1 max = 13,5 kBq / m 3 ;
eman ; 1 eman \u003d 0,1 nCi / l \u003d 3,7 Bq / l \u003d 3700 Bq / m 3 .

Dependența activității de timp

Activitatea (sau rata de dezintegrare ), adică numărul de dezintegrari pe unitatea de timp, conform legii dezintegrarii radioactive, depinde de timp după cum urmează:

$A(t)=-{\frac {dN}{dt}}=\lambda N={\frac {\ln 2}{T_{1/2}}}\,N_{0}\,2 ^{-{\frac {t}{T_{1/2}}}}={\frac {\ln 2}{T_{1/2}}}\,{\frac {m}{\mu }} \,N_{A}\,2^{-{\frac {t}{T_{1/2))))=A_{0}\,2^{-{\frac {t}{T_{1/ 2}}}},$

Unde

N A este numărul lui Avogadro ,
T 1/2 - timpul de înjumătățire ,
N ( t ) este numărul de nuclee radioactive de un anumit tip,
N 0 - numărul lor inițial,
λ este constanta de dezintegrare ,
μ este masa molară a nucleelor radioactive de un anumit tip,
m este masa probei (nuclee radioactive de un anumit tip).

Aici se presupune că nu apar nuclee noi ale unui radionuclid dat în probă , altfel dependența activității de timp poate fi mai complexă. Deci, deși timpul de înjumătățire al radiului-226 este de numai 1600 de ani , activitatea lui 226 Ra într-o probă de minereu de uraniu coincide cu activitatea uraniului-238 pentru aproape întreaga durată de viață a probei (cu excepția primei 1- 2 milioane de ani până la stabilirea echilibrului secular , când activitatea radiului chiar crește ).

Calcul activității sursă

Cunoscând timpul de înjumătățire ( T 1/2 ) și masa molară ( μ ) a substanței din care este compusă proba, precum și masa m a probei în sine, se poate calcula valoarea numărului de dezintegrari care au avut loc în probă pe o perioadă de timp t folosind următoarea formulă (derivată din ecuația dezintegrarii radioactive ):

N(t)=N_{0}\left(1-2^{-{\frac {t}{T_{1/2)}})\right),

unde este numărul inițial de nuclee [2] . Activitatea este egală (până la semn) cu derivata în timp a lui N ( t ) : $N_{0}={\frac {m}{\mu }}N_{A}$

A=-dN(t)/dt={\frac {N_{0}\ln 2}{T_{1/2}}}\cdot 2^{-{\frac {t}{T_{1 /2}}}}.

Dacă timpul de înjumătățire este mare în comparație cu timpul de măsurare, activitatea poate fi considerată constantă. În acest caz, formula este simplificată: $(t\ll T_{{1/2}}),$

A={\frac {N_{0}\ln 2}{T_{{1/2))))

Totodată, activitatea specifică

a={\frac {A}{m}}={\frac {N_{A}\ln 2}{\mu \cdot T_{1/2}}}.

Valoarea se numește constanta de dezintegrare (sau constanta de dezintegrare) a radionuclidului. Reciproca sa se numește durata de viață (coincide cu timpul de înjumătățire până la coeficientul 1 / ln 2 ≈ 1 / 0,69 ≈ 1,44 ; semnificația sa fizică este timpul în care cantitatea de radionuclid scade de e ori). $\lambda ={\frac {\ln 2}{T_{{1/2))))$ $\tau =1/\lambda ={\frac {T_{{1/2}}}{\ln 2}}$

Adesea, în practică, este necesar să se rezolve problema inversă - să se determine timpul de înjumătățire al radionuclidului care alcătuiește proba. O metodă pentru rezolvarea acestei probleme, potrivită pentru perioade scurte de înjumătățire, este măsurarea activității medicamentului de studiu la diferite intervale de timp. Pentru a determina perioadele lungi de înjumătățire, când activitatea este practic constantă în timpul măsurării, este necesar să se măsoare activitatea și numărul de atomi ai radionuclidului în descompunere [3] :

T_{{1/2}}={\frac {N_{0}\ln 2}{A}}.

Exemple

Activitatea specifică a radiului-226 este de 1 Ci/g.
Activitatea volumetrică tipică a radonului în aer peste continente este de 10…100 Bq/m³.
Activitatea de suprafață a cesiului-137 în zona de 30 de kilometri din jurul centralei nucleare de la Cernobîl atinge zeci de Ci/km².

Note

↑ Activitatea unei surse radioactive // Enciclopedia fizică : [în 5 volume] / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M . : Enciclopedia Sovietică , 1988. - T. 1: Aharonov - Efectul Bohm - Rânduri lungi. - S. 39. - 707 p. — 100.000 de exemplare.
↑ Aici se presupune că substanța constă fie din atomi radioactivi identici, fie din molecule, fiecare dintre acestea conținând exact un atom radioactiv. În caz contrar, N 0 trebuie înmulțit cu coeficientul ν , egal cu numărul mediu de atomi radioactivi de un anumit tip pe moleculă a substanței în cauză. De exemplu, pentru apa supergrea (tritiu) T 2 O, la calcularea activității tritiului , ν = 2 , iar pentru potasiul natural , la calcularea activității potasiului-40 (al cărui conținut în amestecul natural de izotopi este de 0,0117%) , acest coeficient este 1,17 × 10 −4 .
↑ Fialkov Yu. Ya. Aplicarea izotopilor în chimie și industria chimică. - Kiev: Tekhnika, 1975. - S. 52. - 240 p. - 2000 de exemplare.

Literatură

Aplicații ale chimiei nucleare și metodelor izotopice (Metode de diluare isotopică) // Legile de bază ale chimiei: În 2 volume. Pe. din engleză / Dickerson R., Gray G., Haight J. - M . : Mir, 1982. - T. II. — S. 428–429. — 652 p.

Vezi și

echivalent banană

Dicționare și enciclopedii	Rusă mare Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	GND : 4198348-8