І. Теоретичні відомості. Радіоактивність – це спонтанне перетворення нестійких ізотопів одного хімічного елемента на ізотопи інших хімічних елементів

Радіоактивність – це спонтанне перетворення нестійких ізотопів одного хімічного елемента на ізотопи інших хімічних елементів, яке супроводжується випромінюванням a-, b-частинок та g-квантів.

Радіоактивність поділяють на природну та штучну:

- природна – це радіоактивність, що спостерігається в існуючих у природі нестійких ізотопах;

- штучна – це радіоактивність ізотопів, отриманих у результаті ядерних реакцій.

Радіоактивний розпад веде до поступового зменшення числа атомів радіоактивного елемента і має випадковий характер. Радіоактивність підтверджує складність будови атома.

Для характеристики радіоактивного випромінювання використовуються такі поняття:

1) проникна здатність – це шлях, який проходить до повної зупинки частинка при потраплянні в речовину;

2) іонізуюча здатність – це число пар іонів, які утворює частинка в процесі руху в речовині.

Характеристика складових радіоактивного випромінювання:

1. a-промені – потік ядер гелію ( ) з високою кінетичною енергією (2-9 МеВ) та швидкістю 14000-20000 км/с. Проникна здатність мала: в біологічній тканині пробіг електрона до повної зупинки становить ~0,12 мм. Рівняння для a-розпаду має такий вигляд:

, (1)

де X – материнське ядро; Y – дочірнє ядро.

2. b-промені – потік швидких електронів ( ) або позитронів ( ) з кінетичною енергією 0,01-8 МеВ та швидкістю ~160000 км/с. Іонізуюча здатність b-частинок – 300 пар іонів на 1 см. Тому їх проникна здатність більша, ніж у a-частинок: у біологічній тканині становить ~6 cм. Рівняння b-розпаду має такий вигляд:

– для електронів; (2)

– для позитронів. (3)

3. g-промені – потік фотонів з малою довжиною хвилі (l < 0,05 нм, n > 10²⁰ Гц) i кінетичною енергією ~1 МеВ. Це жорстке випромінювання, що не відхиляється магнітними полями. Швидкість g-квантів у вакуумі дорівнює швидкості світла. Іонізуюча здатність мала (1-2 пари іонів на 1 см пробігу), проникна здатність велика (пробіг у свинці становить приблизно 5 см, людину пронизує наскрізь).

Важливими параметрами, що характеризують процес взаємодії радіоактивного випромінювання з речовиною, є такі:

- коефіцієнт лінійного вбирання m чисельно дорівнює відносному зменшенню інтенсивності випромінювання на одиницю довжини проникнення:

[м^–1], (4)

де N₀ – кількість частинок, що потрапляють на тіло; N – кількість частинок, що пройшли крізь тіло товщиною l;

- шар половинного вбирання – це така товщина d шару речовини, яка зменшує інтенсивність радіоактивного випромінювання вдвічі. Оскільки інтенсивність радіоактивного випромінювання пропорційна числу частинок, то d характеризує поглинальну здатність речовини. Задається формулою:

d = 0,693/m [м]. (5)

Масовий коефіцієнт вбирання x чисельно дорівнює відношенню коефіцієнта лінійного вбирання речовини m до її густини:

x = m/r [м²/кг]. (6)

Активність радіоактивного розпаду – це міра кількості радіонукліду в досліджуваних об'єктах. Чисельно дорівнює кількості розпадів радіонукліду за одиницю часу. Одиницею вимірювання в СІ є Беккерель (Бк) (1 розпад радіонукліду за секунду: [c^–1]). На практиці частіше користуються позасистемною одиницею активності Кюрі (Кі). За кількістю розпадів 1 Кі дорівнює активності 1 г радію. Тому взаємозв'язок між вказаними одиницями такий: 1 Кі = 3,7×10¹⁰ Бк.

На практиці використовується питома радіоактивність A_m, яка чисельно дорівнює відношенню активності радіонукліда в досліджуваному об'єкті до його маси. Одиниця вимірювання – Кі/кг.

Радіоактивне випромінювання використовують для діагностики захворювань: вивчення процесів, які відбуваються в організмі; лікування злоякісних пухлин. У великих дозах радіоактивне випромінювання шкідливо діє на людський організм і призводить до променевої хвороби.