Активность радионуклида

Активность радионуклида в источнике (образце)– отношение числа dN ₀спонтанных ядерных переходов из определенного ядерно-энергетического состояния радионуклид происходящих в данном его количе­стве за интервал времени dt,к этому интервалу:

A = dN ₀ /dt. (9.1)

Самопроизвольное ядерное превращение называют радиоактивным распадом. Единица активности радионуклида – беккерель (Бк). Беккерель равен активности радионуклида в источнике (образце) в котором за время 1 с происходит одно спонтанное ядерное превращение. Внесистемная единица активности – кюри (Ки). Кюри – активность радионуклида в источнике (образце) в котором за время 1 с происходит 3,7·10¹⁰ спонтанных ядерных превращений. Таким образом, 1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк.

Отношение активности радионуклида в радиоактивном источнике (образце) к массе, объему (для объемных источников), площади поверх­ности (для поверхностных источников) или длине (для линейных ис­точников) источника (образца) называется удельной А_т, объемной А_V, поверхностной A_S или, линейной А_l активностью радионуклида соответственно.

Выбор единиц этих величин определяется конкретной задачей. На­пример, допустимую концентрацию (объемную активность) радионукли­да в воде удобнее выражать в Бк/л, а в воздухе – Бк/м³, так как суточ­ное потребление человеком воды определяется обычно в литрах а воз­духа – в кубических метрах.

Активность, выраженная через постоянную распада λ илипериод полураспада и число радиоактивных ядер атомов N, имеющихся в источнике в данный момент времени, имеет вид

A=λN = ln2 ·N/ T _½ , (9.2)

где λ – постоянная распада (λ = ln2 / T _½), характеризующая вероятность распада на один атом в единицу времени; постоянная T _½ – период полураспада – время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер.

Распад ядер сопровождается испусканием корпускулярных частиц и фотонов, при этом число ядерных превращений далеко не всегда совпадает с числом испускаемых корпускулярных частиц. Связать активность радионуклида с числом испускаемых корпускулярных частиц или фотонов можно, зная схему распада радионуклида (см. рис. 9.2).

Активность радионуклида уменьшается во времени по экспоненциальному закону радиоактивного распада:

(9.3)

Для радионуклидов, распадающихся в дочерний нестабильный нуклид, необходимо учесть всю цепочку образующихся нестабильных продуктов. Так, если при распаде радиоактивных ядер атомов N ₁ образуются дочерние ядра атомов N ₂, также являющиеся радиоактивными, тогда распад исходного числа ядер атомов N ₁ в дочерние N ₂ с последующим их распадом описывается системой дифференциальных уравнений:

(9.4)

где l₁, l₂ ¾ постоянные распада соответствующих ядер. Предполагая, что в начальный момент времени t = 0 N ₂(0) = 0, а N ₁(0) ¹ 0, разрешая систему, получаем:

(9.5)

Однако, если дочерний продукт является стабильным, как, например, на рис.9.3, представляющим схему, распада материнского радионуклида ⁷⁴Ga в стабильный ⁷⁴Ge, то накопление последнего будет также описываться системой уравнений (9.4), в которой второе слагаемое в правой части второго уравнения будет равно нулю, поскольку в этом случае можно принять T _½ = ∞, а λ ₂ = 0. на рис.9.4 приведена схема образования стабильного нуклида ⁷²Ge при распаде материнского ⁷²Zn и дочернего ⁷²Ga, распад которых также описывается системой уравнений (9.4), а накопление стабильного ⁷²Ge учитывается дополнительным уравнением dN ₃/ dt = λ ₂ N ₂. можно также рассмотреть распад радиоактивных ядер N ₂ в дочерние N ₃, претерпевающие радиоактивный распад при условии N ₃(0) = 0. Для этого систему уравнений (9.4) следует дополнить уравнением , в котором N ₂(t) определяется решением (9.5). В итоге получим

(9.6)

Аналогично рассматривают цепочку распада, состоящую из N радионуклидов с соответствующими постоянными распада λ_i, i = 1,2,.. N.

Очень опасны и тяжелы по своим экологическим последствиям крупные аварии и катастрофы на химических объектах. В этих случаях происходит заражение отравляющими веществами всего приземного слоя атмосферы, водных источников, почв и т. д. При высоких кон­центрациях отравляющих веществ наблюдается массовое поражение людей и животных.

В качестве примера можно привести аварию на химическо-опасном объекте в Бхопале (Индия см.Приложения 10, П.2).

В нашей стране, несмотря на существенное снижение объемов и темпов производства в последние годы, наметилась устойчивая тен­денция роста техногенных аварий и катастроф. Так, только в 2001 г. на территории России произошло 617 аварий и катастроф с экологиче­скими последствиями, в которых пострадало 3309 человек (Государ­ственный доклад..., 2002). В основном это аварии на воздушном и же­лезнодорожном транспорте (при столкновении составов с опасными грузами), а также аварии и катастрофы, связанные с выбросами ядовитых газов – аммиака и пропана, со взрывами метана на угольных шахтах, взрывами нефте- и газопроводов. В качестве примера можно привести аварию нанефтепроводе Лисичанск-Тихорецк в октябре 1993 г. (см. Приложения 10, П.2).