Примеры решения задач. 1. Найти активность радона, образовавшегося из = 1,0 г радия за одни сутки
1. Найти активность радона, образовавшегося из = 1,0 г радия за одни сутки. Найти также максимальную активность радона. Периоды полураспада радия и радона соответственно равны лет, сут.
Решение. Используя соотношения (8) и (10), запишем для искомой активности
.
Входящие сюда величины выразим через данные , , по формулам:
и .
Тогда, произведя сокращения, имеем
.
Это общая формула, выражающая закон изменения со временем активности одного радиоизотопа (дочернего), полученного в процессе распада другого (материнского). Если учесть вытекающие из условия соотношения и , эту формулу можно упростить. Из первого неравенства следует, что можно пренебречь величиной в разности - . В силу второго неравенства можно принять за единицу первый член, стоящий в скобках. Тогда найдем
.
Произведя расчет, получим
расп/с,
или
Ки =0 б17 Ки.
Анализируя полученную приближенную формулу, с учетом неравенств и , видим, что с ростом времени t величина, стоящая в скобках, приближается по экспоненте к единице. Следовательно,
расп/с=1б0 Ки.
2. Определить начальную активность радиоактивного препарата магния-27 массой 0,2 мкг, а также его активность через время 6 часов.
Решение. Активность А изотопа характеризует скорость радиоактивного распада и определяется отношением числа dN ядер, распавшихся за интервал времени dt, к этому интервалу
А = - , (1)
знак "-" показывает, что число N радиоактивных ядер с течением времени убывает.
Для того, чтобы найти dN/dt, воспользуемся законом радиоактивного распада
N = No e- t, (2)
где N - число радиоактивных ядер, содержащихся в изотопе, в момент времени t, No - число радиоактивных ядер в момент времени, принятый за начальный (t=0), - постоянная радиационного распада.
Продифференцируем выражение (2) по времени
dN/dt = - Noe- t. (3)
Исключив из формул (1) и (3) dN/dt, находим активность препарата в момент времени t
А = Noe- t . (4)
Начальную активность Ао препарата получим при t = 0
Ао = No . (5)
Постоянная радиоактивного распада связана с периодом полураспада Т1/2 соотношением
. (6)
Число No радиоактивных ядер, содержащихся в изотопе, равно произведению постоянной Авогадро NA на количество вещества данного изотопа
No = NA = NA . (7)
где m - масса изотопа, m - молярная масса.
С учетом вырaжений (6) и (7) формулы (5) и (4) принимают вид:
Ао = NA , (8)
A = NA . (9)
Произведя вычисления и учитывая, что Т1/2 = 600 с; ln2 = 0,693; t = 6 ч = 63,6.103 с = 2,16.104 с, получим
Ао= Бк = 5,13 . 1012 Бк =
= Ku ,
Бк = 46.10-10 Ku.
3.При археологических раскопках были обнаружены сохранившиеся деревянные предметы, активность 6С14 которых оказалась равной 106 распадов в минуту на 1 г содержаще-гося в них углерода. В живом дереве происходит в среднем 14,5 распадов за минуту на 1 г углерода. Исходя из этих данных, определить время изготовления обнаруженных предметов.
Решение. Известно, изотоп 6С14 является радиоактивным, его период полураспада Т1/2(6С14) = 5700 лет.
Найдем число атомов 6С14 в 1 г.
N = (m/A) NA = (1/14) 6,02·1023 =0,42·1023.
t0 – настоящий момент времени,
t* - момент времени, когда были изготовлены деревянные предметы.
Число распадающихся атомов 6С14 в момент t0 и t* за 1 мин равно ∆N0 = λ·N0·∆t; ∆N* = λ·N·∆t;
Активность пропорциональна числу атомов a0 = λ·N0
Активность радионуклида со временем изменяется по экспоненте a* = a0·exp(-λ·t*). Отсюда ln(a0/a*)=λ·t*=(ln2/Т1/2)·t*.
Численное значение t* равно t* = ln(a0/a*)·Т1/2/ln2 = ln(14,5/10) 5700/0,693 = 3056 лет.
Ответ: деревянные предметы были изготовлены примерно за 3056 лет до настоящего времени.
6.В результате атмосферных испытаний и связанных с ними глобальных выпадений радионуклидов содержание цезия-137 в оленине в северных районах СССР к 1964 г. достигло 1628 Бк/кг. Сколько лет должна храниться такая оленина в холодильниках, чтобы ее удельная активность снизилась до 592 Бк/кг – предельно допустимого загрязне-ния мясных продуктов цезием-137, регламентированного белорусскими нормативами 1990 – 91 г. Целесообразно ли столь длительное хранение оленины?
Решение. Активность изменяется по экспоненте a = a0·exp(-λ·t). Следовательно, (a0/a*) = exp(λ·t*). Отсюда время хранения оленины в холодильнике равно
t* = ln(a0/a*)×T1/2/ln2 = ln(628/592)·30,2/0,693 = 44 года.
Ответ: столь продолжительное время хранения оленины в холодильнике для снижения удельной активности цезия следует считать экономически нецелесообразным.
7.Согласно белорусским нормативам 1990 – 91 г активность цезия-137 в пшенице (зерне) должна быть на уровне 370 Бк/кг. Сколько времени пшеница урожая 1990 г, имеющая предельно допустимую активность, должна храниться в элеваторе, чтобы ее активность снизилась до 0,06 Бк/кг –средней активности по цезию-137, произведенной в 1963 г. в СССР? Целесообразно ли такое хранение?
Решение. Удельная активность зерна, содержа-щего радионуклид цезий-137, изменя-ется по экспоненте a = a0·exp(-λ·t).
В конкретном случае имеем такое
соотношение: a0/aСР = exp(λ·tСР), где tСР–среднее время хранения зерна на элеваторе. Отсюда
tСР = ln(a0/aСР)·T1/2/ln2 = ln(370/0,06) 30,2/ln2 = 380 лет.
Ответ: такое зерно хранить не следует.
Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 3633;