Экспозиционная доза. Мощность экспозиционной дозы
Основной закон радиоактивного распада радионуклида. Единицы активности
Закон радиоактивного распада касается только совокупности атомов данного радионуклида. дело в том, что этот процесс статистический, и для отдельно взятого ядра можно лишь указать вероятность распада за определенное время. Естественный радиоактивный распад ядер протекает самопроизвольно, без всякого воздействия извне. Формула закона распада радиоактивного вещества: пусть имеется число N ядер атомов радионуклида. Тогда число распадающихся ядер dN за время dt пропорционально числу атомов N и промежутку времени dt:
dN=-λNdt (1) , знак минус показывает, что число ядер N исходных атомов уменьшается во времени.
λ-постоянная распада 
λ=-dN/N=const при dt=1,то есть λ=вероятности распада одного ядра за единицу времени. В уравнении (1) поделим правую и левую части на N и проинтегрируем:
dN/N=- λdt ; 
; Ln 
где 
есть начальное число распадающихся ядер атомов ( N= при t= 0) (t = О — начало отсчета).
После потенцирования получим: 
или 
(2)Формула (2) выражает основной закон радиоактивного распада, где — количество ядер радионуклида в момент начала отсчета времени (t = 0); λ — постоянная распада, которая для различных радионуклидов разная; N — количество ядер радионуклида спустя время t; е — основание натурального логарифма (е = 2,713. ).
Формула (2) имеет два недостатка. Первый недостаток — хотя постоянная распада λ имеется в таблицах, но прямой информации о скорости распада она не несет. Второй недостаток — для определения числа распадающихся ядер необходимо знать . Прибора для его определения не существует. Проблемы разрешаются следующим образом. Величина λ может быть заменена другой условной хар-ой , которая несет прямую информацию о скорости распада радионуклида. Для этого вводится понятие период полураспада Т. Периодом полураспада Т называется промежуток времени, в течение которого исходное число радиоактивных ядер уменьшается вдвое, а число распадающихся ядер за время Т остается постоянным (λ = const).
В уравнении (2) правую и левую часть поделим на N и приведем к виду: 
Полагая, что /N=2,при t=T,получим Ln2=λT, λ=0,693/Т тогда N= 
Величины и N можно заменить другим понятием,пользуясь следующим свойством явления радиоактивности. Есть приборы, которые регистрируют каждый распад (выброс каждой альфа-частицы, бета-частицы или гамма кванта). Очевидно, что можно определить количество распадов за определенный промежуток времени. Это характеризует не что иное, как скорость распада радионуклида, которую называют активностью.
Активность — это физическая величина, характеризующая число радиоактивных распадов в единицу времени: А= 
Исходя из определения активности следует, что она характеризует скорость ядерных переходов в единицу времени. С другой стороны, количество ядерных переходов зависит от постоянной распада λ.
Единицей активности в системе СИ принят:
1 распад/с = 1 Бк.
Существует и внесистемная единица Кюри.Однако на практике и в литературе она пока не используется.
За 1 Кu принята активность 1 г радия-226.1 Кu= 3,7 10 
Бк; 1 Бк= 2,7 10 
Кu.
Экспозиционная доза. Мощность экспозиционной дозы
Дозой облучения называется часть энергии радиационного излучения, которая расходуется а ионизацию и возбуждение атомов и молекул любого облученного объекта.
Экспозиционная доза фотонного (рентгеновского и гамма-) излучения характеризует их способность создавать в веществе заряженные частицы. Выражается отношением суммарного электрического заряда ионов одного знака , образованного излучением в некотором объеме воздуха, к массе dm в этом объеме:X=dQ/dm .
Единица измерения в системе СИ — 1Кулон/кг, внесистемная единица — Рентген.
Доза в 1 Р накапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника радия массой в 1 г, то есть активностью в 1 Кu.
Мощность экспозиционной дозы — отношение приращения экспозиционной дозы dX за интервал времени dt к этому интервалу: 
= dX/ dt
Единицы измерения: в системе СИ — А/кг (ампер на кг); внесистемная единица Р/с, Р/ч, мР/ч, мкР/ч и т.д. Мощность дозы, измеренная на высоте 70—100 см от поверхности земли, часто называют уровнем радиации.
35 Взаимодействие гамма-излучений с веществом
Взаимодействие гамма-квантов с веществом может сопровождаться фотоэффектом, комптоновским рассеянием и образованием электрон позитронных пар. Вид эффекта зависит от энергии гамма-кванта: 
= һυ- 
,где һ-постоянная Планка; υ— частота излучения; Е-энергия ионизации соответствующей атомной оболочки (энергия связи выбитого электрона из атома).
Фотоэффект возникает при относительно малых значениях энергий, и происходит на внутренних электронах атома, в основном на электронах К-оболочки. В этом случае вся энергия гамма-кванта передается орбитальному электрону и он выбивается из орбиты.
Выбитый электрон называется фотоэлектроном. Именно он может вызвать ионизацию других атомов. В результате его отрыва в атоме появляется свободный уровень, который заполняется одним из наружных электронов. При этом либо испускается вторичное мягкое характеристическое излучение (флуоресцентное излучение), либо энергия передается одному из электронов, который покидает атом. Флуоресцентное излучение наблюдают в материалах с большим атомным номером. Вероятность фотоэффекта увеличивается с ростом атомного номера материала и уменьшается с ростом энергии фотона.
Комптоновским рассеиванием называется процесс взаимодействия фотонного излучения с веществом, в котором фотон в результате упругого столкновения с орбитальным электроном теряет часть своей энергии и изменяет направление своего первоначального движения, а из атома выбивается электрон отдачи (комптоновский е). При этом частота, а следовательно, и энергия рассеянного гамма-кванта будут меньше.
Энергия комптоновского электрона равна: Е = һυ- һ 
где һυ — энергия первичного фотона; һ — энергия рассеянного фотона.
Такой процесс больше всего характерен для фотонов, энергия которых значительно превышает энергию связи электронов в атоме, поэтому рассеяние происходит только на внешних (валентных) электронах.
36Взаимодействие альфа-излучений с веществом
При движении в веществе a- частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами. Корпускулярные a- частицы имеют небольшие пробеги в веществе, поэтому защита от внешних потоков этого излучения трудностей не представляет. Решение задачи защиты от альфа-излучения обычно базируется на знании пробега этой частицы в веществе. Пробеги альфа-частиц в различных веществах табулированы
37Взаимодействие бета-излучений с веществом
Прохождение бета-частиц через вещество сопровождается упругими и неупругими соударениями с ядрами и электронами тормозящей среды.
Упругое рассеяние бета-частиц на ядрах более вероятно и осуществляется при относительно низких энергиях электронов . Упругое рассеяние бета-частиц на электронах в Z раз ( Z— величина заряда ядра) менее вероятно, чем на ядрах. Теоретически возможен и сдвиг ядер атомов кристаллической решетки.
При энергии бета-частиц выше энергии связи электрона с ядром (до — 1 МэВ) основным механизмом потерь энергии является неупругое рассеяние на связанных электронах, приводящее к ионизации и возбуждению атомов .
При больших энергиях электронов главным механизмом потерь энергии является радиационное торможение при котором возникает тормозное излучение.
Таким образом, процессы взаимодействия бета-частиц со средой характеризуются радиационным торможением и относительно большой потерей энергии или значительным изменением направления их движения в элементарном акте. Вследствие этого взаимодействия интенсивность пучка бета-частиц уменьшается почти по экспоненте с ростом толщины поглощающего слоя х.
Путь бета-частиц в веществе обычно представляет ломаную линию, а пробег бета-частиц одинаковых энергий имеет значительный разброс. Это связано с тем, что масса бета-частиц крайне мала, поэтому вероятность упругого рассеяния на ядрах больше, чем у тяжелых частиц. Итак, бета-частицы не имеют точной глубины проникновения, так как обладают непрерывным энергетическим спектром. Для грубой оценки глубины пробега бет частиц пользуются приближенными формулами. Одна из них: Rср/Rвозд=ρвозд/ρср
где Rср — длина пробега в среде; Rвозд — длина пробега воздухе; ρвозд и ρср — плотность воздуха и среды соответственно; Е — энергия бета-частиц
Источник
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Мощность — экспозиционная доза
Мощность экспозиционной дозы Р измеряется в а 1кг или р / сек. [2]
Мощность экспозиционной дозы — это экспозиционная доза рентгеновского и излучения, отнесенная к единице времени. Ее единицами являются ампер на килограмм ( а / кг) — в СИ и рентген в секунду ( р / сек) — внесистемная единица. [3]
Мощность экспозиционной дозы ( МЭД), т.е. экспозиционная доза фотонного излучения, отнесенная к единице времени, выражается в А / кг или Р / с. Ампер на килограмм равен мощности экспозиционной дозы рентгеновского и у-излучений, при которой за 1 с сухому атмосферному воздуху передается экспозиционная доза 1 Кл / кг. [4]
Мощность экспозиционной дозы от радиоизотопного источника определяют по паспорту источника и пересчитывают по правилам, изложенным в разделе 2 этой главы, на дату проведения работ. [5]
Мощность экспозиционной дозы N9Da / t измеряется в амперах на килограмм ( А / кг) — мощность экспозиционной дозы фотонного излучения, при которой за время в 1 с экспозиционная доза возрастает на 1 Кл / кг. [6]
Мощность экспозиционной дозы влияет на производительность контроля, а также определяет требования к технике безопасности и конструкции защитных устройств; энергия определяет проникающую способность излучения и выявляемость дефектов. [7]
Мощность экспозиционной дозы этого фона может превышать предельно допустимые значения. [9]
Мощность экспозиционной дозы Р рентгеновского или Y-излучения определяется экспозиционной дозой, отнесенной ко времени. В общем виде МЭД у-излучения, прошедшего через поглотитель толщиной б, расположенный на расстоянии. [10]
Мощность экспозиционной дозы имеет размерность М — Ч, ее единица — ампер на килограмм. [11]
Мощность экспозиционной дозы определяется аналогично мощности поглощенной дозы. [13]
Мощность экспозиционной дозы соответствует экспозиционной дозе за единицу времени; она выражается в рентгенах за единицу времени. [14]
Мощность экспозиционной дозы на расстоянии 3 см. от источника кобальта-60 равняется 300 р / мин. [15]
Источник
Экспозиционная доза излучения
2015-06-26
6170
Дозиметрия ионизирующего излучения
Биологические последствия действия ионизирующих излучений на клеточном, тканевом, органном и организменном уровне определяются энергией воздействия, конкретным видом излучения и структурой объекта.
Для количественной оценки биологических эффектов, возникающих при действии ионизирующих излучений на биологические объекты, необходимо ввести объективные и доступные измерению физические характеристики излучения, от которых зависит степень развития этих эффектов.
Определение физических характеристик излучения с целью установления и прогнозирования радиационных воздействий на организм и представляет задачу дозиметрии. Это – область прикладной физики, изучающая физические величины, характеризующие действие ионизирующих излучений на объекты живой и неживой природы, а также методы и приборы для измерения этих величин.
Экспозиционная доза излучения
Наиболее просто характеризовать радиационные воздействия количественным выражением того основного эффекта, который ионизирующие излучения производят в веществе – степенью его ионизации, т.е. тем суммарным зарядом ионов, который образовался в единице массы вещества.
Экспозиционная доза излучения (Х) представляет собой отношение суммарного заряда (dQ) ионов, образовавшихся в некоторой массе воздуха (dm) под действием рентгеновского или гамма- излучения, к величине этой массы:
Х = . (3.1)
В формуле (3.1) масса dm считается настолько малой, что распределение по ней заряда dQ равномерно. Если в любой массе m любой заряд Q распределен равномерно, то
Х = . (3.2)
Подчеркнем, что экспозиционная доза определяется только для воздуха и только для фотонного излучения. То есть, она характеризует радиационную обстановку вокруг объекта – степень ионизации окружающей воздушной среды.
Из формулы (3.1) и (3.2) видно, что системная единица измерения экспозиционной дозы 1 Кл/кг. На практике применяется и внесистемная единица –
1 рентген (Р). Это такая доза рентгеновского или гамма-излучения, которая вызывает в одном кубическом сантиметре воздуха при нормальных условиях образование 2,08×10 9 пар ионов.
Установим связь между этими единицами. При экспозиционной дозе в 1 Р образуется заряд: Q = n×q = 2,08×10 9 × 1,6×10 -19 = 3,33×10 -10 Кл (n – число пар ионов, q – заряд одного иона). Этот заряд образован в конкретной массе воздуха:
m = rV = 1,29×10 -6 кг (r = 1,29 кг/м 3 — плотность воздуха, V= 10 -6 м 3 – объем).
1 Р = = 2,58×10 4 Кл/кг или 1 Кл/кг = 3876 Р .
Изменение экспозиционной дозы со временем характеризуется мощностью экспозиционной дозы ( ), представляющей производную от дозы (Х) по времени:
Системная единица измерения мощности экспозиционной дозы – 1А/кг, внесистемные – 1Р/час, 1мР/час, 1 мкР/с и др. Если известна зависимость мощности дозы от времени = f (t), то экспозиционная доза за конкретное время tопределяется интегрированием:
Для гамма-излучающих радиоактивных препаратов, устанавливается простая связь между мощностью экспозиционной дозы на расстоянии r от препарата и его активностью А.
От точечного источника гамма-кванты вылетают по всем направлениям (см. рис.3.1). Общее число этих квантов пропорционально числу актов распада за единицу времени, т.е. активности, а число квантов, попадающих на поверхность единичной площадки S, находящейся на расстоянии r от источника, обратно пропорционально квадрату расстояния r . Таким образом:
где Кg — гамма-постоянная, характерная для каждого радионуклида и измеряемая в или, во внесистемных единицах . Следует отметить, что это соотношение применимо лишь для радионуклидов, при распаде которых возникают гамма-кванты.
Итак, экспозиционная доза характеризует степень радиационного заражения воздуха за счет гамма-излучения – внешний гамма-фон. В окружающей среде могут находиться также радионуклиды, выделяющие при распаде альфа- и бета-частицы. Их воздействие экспозиционной дозой не характеризуется, но, попадая внутрь организма, они оказывают сильное воздействие на биологические ткани. Поэтому для более полной характеристики степени радиационного заражения внешней среды (воздуха, воды, продуктов питания) необходимо знать еще ее удельную активность в Бк/кг, Бк/л или во внесистемных единицах (см. раздел 2 ) и распадом каких радионуклидов обусловлены действующие на среду ионизирующие излучения.
Источник