15.4: Одиниці радіоактивності
- Page ID
- 22444
- Експрес кількості радіоактивності в різних одиницях.
У розділі 15.2 ми використовували масу для позначення кількості присутньої радіоактивної речовини. Це лише одна з декількох одиниць, що використовуються для вираження кількості випромінювання. Деякі одиниці описують кількість радіоактивних подій, що відбуваються в одиницю часу, а інші виражають величину опромінення людини.
Можливо, прямим способом повідомлення про радіоактивність є кількість радіоактивних розпадів в секунду. Один розпад в секунду називається одним беккерелем (Bq). Однак навіть у невеликій масі радіоактивного матеріалу трапляються тисячі і тисячі розпаду або розпаду в секунду. Одиниця Кюрі (Ci), тепер визначена як 3,7 × 10 10 розпадів/с, спочатку визначалася як кількість розпадів в секунду в 1 г радію. Багато радіоактивних зразків мають діяльність, яка знаходиться на порядку мікрокурій (мкКі) або більше. Як беккерель, так і кюрі можна використовувати замість грамів для опису кількості радіоактивного матеріалу. Як приклад, кількість америцію в середньому детекторі диму має активність 0,9 мкCi. (Кюрі названо на честь польського вченого Марії Кюрі, яка провела деякі початкові дослідження радіоактивних явищ на початку 1900-х років; беккерель названий на честь Анрі Беккереля, який відкрив радіоактивність у 1896 році.)
Зразок радію має активність 16,0 мКі (мілікурій). Якщо період напіввиведення радію становить 1600 у, як довго до активності зразка становить 1,0 мКі?
Рішення
Наступна таблиця показує активність проби радію протягом декількох періодів напіврозпаду:
Час у роках | Діяльність |
---|---|
0 | 16,0 мКі |
1 600 | 8,0 мКі |
3 200 | 4,0 МКі |
4 800 | 2,0 МКі |
6 400 | 1,0 МКі |
Протягом періоду в 4 періоди напіврозпаду активність радію зменшиться вдвічі в чотири рази, в цей момент його активність становитиме 1,0 мКі. Таким чином, потрібно 4 періоди напіврозпаду, або 4 × 1600 y = 6400 y, щоб активність зменшилася до 1,0 МКі.
Зразок радону має активність 60 000 Бк. Якщо період напіввиведення радону становить 15 ч, як довго до активності зразка 3,750 Бк?
- Відповідь
-
60 год
Зразок радію має активність 16,0 мКі. Якщо період напіввиведення радію становить 1600 у, як довго до активності зразка 5,6 мКі?
Рішення
У цьому випадку ми не маємо точної кількості періодів напіврозпаду, тому нам потрібно використовувати більш складне рівняння (Розділ 15.2) і вирішити на час. Якщо початкова сума представлена 16,0 МРП, а остаточна сума становить 5,6 МРП, ми маємо
\[5.6\, mCi = (16.0\, mCi)e^{−0.693t/(1,600\, y)} \nonumber \nonumber \]
Для розв'язання розділимо обидві сторони рівняння на 16,0 мКі, щоб скасувати одиниці мілікюрі:
\[\frac{5.6}{16.0}= e^{-0.693t/(1,600y)}\nonumber \nonumber \]
Беручи натуральний логарифм обох сторін; натуральний логарифм скасовує експоненціальну функцію. Натуральний логарифм 5,6/16,0 дорівнює −1,050. Так
\[−1.050 = \dfrac{−0.692t}{1,600\, y}\nonumber \nonumber \]Негативний знак скасовується, і ми вирішуємо за\(t\). Таким чином
\[t = 2,420\, y\nonumber \nonumber \]Має сенс, що час більше, ніж один період напіврозпаду (1,600 y), тому що у нас залишилося менше половини початкової діяльності.
Зразок радону має активність 60 000 Бк. Якщо період напіввиведення радону становить 15 ч, скільки часу до активності зразка становить 10000 Бк?
- Відповідь
-
38.8 год
Інші заходи радіоактивності засновані на впливі, який вона надає на живу тканину. Радіоактивність може передавати енергію тканинам двома способами: через кінетичну енергію частинок, що потрапляють в тканину, і через електромагнітну енергію гамма-променів, що поглинаються тканиною. Так чи інакше, як і теплова енергія від окропу, передана енергія може пошкодити тканини.
Рад (абревіатура від радіаційної поглиненої дози) - одиниця, еквівалентна 1 г тканини, що поглинає 0,01 Дж:
1 рад = 0,01 Дж/г
Ще однією одиницею поглинання випромінювання є сірий (Gy):
1 Гр = 100 рад
Рад зустрічається частіше. Щоб отримати уявлення про кількість енергії, яку це представляє, врахуйте, що поглинання 1 рад на 70 000 г води (приблизно така ж маса, як у людини 150 фунтів) збільшить температуру води лише на 0,002° C Це може здатися не дуже багато, але енергії достатньо, щоб зламати приблизно 1 × 10 21 молекулярні зв'язки С—С в організмі людини. Така сума збитку не була б бажаною.
Прогнозування впливу радіації ускладнюється тим, що різні види викидів по-різному впливають на різні тканини. Для кількісної оцінки цих ефектів визначається одиниця rem (абревіатура від еквівалента röntgen man)
asrem = рад × фактор
де коефіцієнт - це число більше або дорівнює 1, що враховує тип радіоактивного випромінювання, а іноді і тип тканини, що піддається впливу. Для бета-частинок коефіцієнт дорівнює 1. Для альфа-частинок, що вражають більшість тканин, коефіцієнт дорівнює 10, а ось для очної тканини фактор дорівнює 30. Більшість радіоактивних викидів, які люди піддаються впливу знаходяться на порядку кілька десятків міліремів (мрем) або менше; медичний рентген становить близько 20 мкм. Сіверт (Sv) є спорідненою одиницею і визначається як 100 rem.
Що таке щорічне опромінення людини радіоактивністю і радіацією? Таблиця\(\PageIndex{1}\), перераховані джерела і річні обсяги радіаційного опромінення. Вас може здивувати, дізнавшись, що повністю 82% радіоактивності та радіаційного опромінення, яке ми отримуємо, припадає на природні джерела, яких ми не можемо уникнути. Повністю 10% експозиції надходить від нашого власного тіла, в основному з вуглецю-14 і калію-40.
Джерело | Сума (мрем) |
---|---|
Радон газ | 200 |
медичні джерела | 53 |
радіоактивні атоми в організмі природним шляхом | 39 |
земні джерела | 28 |
космічні джерела | 28* |
споживчі товари | 10 |
атомна енергетика | 0,05 |
Всього | 358 |
* Політ з Нью-Йорка в Сан-Франциско додає 5 мрем до загального опромінення радіації, оскільки літак летить над більшою частиною атмосфери, яка захищає нас від космічного випромінювання. |
Фактичний вплив радіоактивності та радіаційного опромінення на здоров'я людини залежать від виду радіоактивності, тривалості впливу та тканин, що піддаються. Таблиця\(\PageIndex{2}\) - Вплив короткочасного впливу радіоактивності та радіації, перераховуються потенційні загрози здоров'ю при різних кількостях опромінення протягом коротких періодів часу (годин або днів).
Експозиція (rem) | Ефект |
---|---|
1 (протягом цілого року) | відсутність виявленого ефекту |
20 | підвищений ризик розвитку деяких видів раку |
100 | пошкодження кісткового мозку та інших тканин; можливі внутрішні кровотечі; зниження кількості лейкоцитів |
200—300 | видимі «опіки» на шкірі, нудота, блювота, втома |
>300 | втрата лейкоцитів; випадання волосся |
600 | смерть |
Одним з найпростіших способів виявлення радіоактивності є використання шматочка фотоплівки, вбудованої в значок або ручку. На регулярній основі плівка розробляється і перевіряється на експозицію. Порівняння рівня експозиції плівки з набором стандартних експозицій вказує на кількість радіації, якій піддавалася людина.
Ще одним засобом виявлення радіоактивності є електричний пристрій під назвою лічильник Гейгера (рис.\(\PageIndex{1}\)). Він містить газонаповнену камеру з тонкою мембраною на одному кінці, що дозволяє випромінюванню, що випромінюється від радіоактивних ядер, потрапляти в камеру і вибити електрони з атомів газу (зазвичай аргону). Наявність електронів і позитивно заряджених іонів викликає невеликий струм, який виявляється лічильником Гейгера і перетворюється в сигнал на лічильнику.

Більшість лічильників такого типу призначені для того, щоб видавати чутний «клацання» у відповідь на зміну напруги, а також показувати його на цифровому або аналоговому лічильнику.
Ключ на винос
- Радіоактивність може бути виражена в різних одиницях, включаючи rems, rads, і кюрі.