Активность и единицы измерения

Активность есть мера интенсивности распада радионуклида и определяется как количество распадов ядер атомов радиоактивного вещества в единицу времени, т.е. как скорость распада ядер.

Если радиоактивное вещество содержит N атомов и его постоянная распада, выражающая долю распадающихся атомов в единицу времени, l, то активность будет равна

А_n . (1.12)

Известно, что постоянная радиоактивного распада и период полураспада Т_1/2 связаны соотношением

. (1.13)

Моль вещества содержит 6,02´10²³ атомов. В массе m вещества с массовым числом А число атомов

. (1.14)

Тогда активность источника выражается формулой

А_n , (1.15)

где А_n – активность радионуклида, Бк; m – масса радионуклида, г; А – массовое число радионуклида; Т – период полураспада радионуклида, с.

Активность источника, в котором содержатся радиоактивные ядра одного вида, уменьшается во времени по экспоненциальному закону:

А_n = А₀ , (1.16)

где А₀ – активность источника в начальный момент времени (t = 0); t – текущее время, которому соответствует активность вещества A_n.

Чем меньше период полураспада, тем большая доля ядер атомов радионуклида распадается в единицу времени. Число распадов в единицу времени в данном количестве радиоактивного вещества выражает активность вещества. Поэтому количество радиоактивного вещества удобнее выражать не в весовых единицах, а в единицах активности.

Единицей измерения активности в Международной системе единиц (СИ) является Беккерель (Бк). Единица названа в честь первооткрывателя радиоактивности французского ученого Анри Беккереля. Беккерель равен активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит 1 распад, т.е. 1 Бк = 1 расп./с.

В практике большое применение получила внесистемная единица измерения активности –Кюри (Ки). Кюри равен активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит 3,7´10¹⁰ распадов, т.е. 1 Ки = 3,7´10¹⁰ Бк, такой активностью обладает 1 г радия и радиоактивность 1 г Rа была принята за единицу измерения Кюри.

1 Бк = 1 расп./с = 2,703´10^-11 Ки.

Вес радионуклида активностью 1 Ки тем больше, чем медленнее распадается вещество, т.е. чем больше период его полураспада. Так для Nа (Т_1/2 = 15 ч) масса = 0,1 г; для Рu (Т_1/2 = 24,4 тыс. лет) масса = 16 г; для U (Т_1/2 = 4,5 млрд. лет) масса = 3 т.

Для характеристики загрязненности продуктов питания, воды, строительных материалов, почвы и т.д. используется: удельная активность А_m = А_n/m, объемная активность А_v = А_n/V и поверхностная активность А_s = А_n/S, где m и V соответственно масса и объем препарата пробы с активностью А_n, а S – площадь загрязненной поверхности.

Удельная активность А_m измеряется в единицах СИ в Бк/кг, объемная активность А_v – в Бк/м³, поверхностная активность в Бк/м². На практике также используются внесистемные единицы активности (табл. 1).

Выбор единиц этих величин определяется конкретной задачей.

Например, допустимую концентрацию радионуклидов в воде (объемную активность) удобнее выражать Бк/л, а в воздухе в Бк/м³.

Если плотность пробы r = 1 кг/л например воды, измеренные значения объемной активности А_v, Бк/л численно совпадают с удельной активностью А_m, Бк/кг. Если плотность пробы отличается от 1кг/л, удельную активность пробы можно найти по формуле

А_m = А_v/r. (1.17)

Таблица 1