Кількість будь-якого радіоактивного ізотопу згодом умень-шается внаслідок радіоактивного розпаду (перетворення ядер). Швидкість розпаду визначається будовою ядра. На цей процес не можна вплинути ніякими звичайними фізичними або хімічними способами, не змінивши стану атомного ядра. Для кожного радіоактивного ізотопу середня швидкість розпаду його ато-мов постійна, незмінна і характерна тільки для даного ізотопу. Постійна радіоактивного розпаду для певного з-топа показує, яка частка ядер розпадається в одиницю часу. Постійну розпаду виражають в зворотних одиницях часу: с -1. хв -1. ч -1 і т. д. щоб показати, що кількість радіоактивних ядер зменшується.
Для характеристики швидкості розпаду радіоактивних елементів в практиці користуються замість постійної розпаду періодом напіврозпаду. Період напіврозпаду - це час, протягом якого розпадається половина початкової кількості радіоактивних ядер. Для різних радіоактивних ізотопів період напіврозпаду має значення від часток секунди до мільярдів років. Причому у одного і того ж елемента можуть бути ізотопи з різними періодами напіврозпаду. Відповідно і радіоактивні елементи поділяються на короткоживучі (години, дні) і довгоживучі (роки).
Зв'язок між періодом напіврозпаду і постійної розпаду має зворотну залежність, т. Е. Чим більше значення, тим менше значення Т, і навпаки:
Особливість радіоактивного розпаду в тому, що ядра одного і того ж елемента розпадаються не всі відразу, а поступово, в різний час. Іншими словами, розпад ядер відбувається нерівномірно - то більшими, то меншими порціями, тому при одному і тому ж часу вимірювання числа імпульсів від радіоактивного препарату виходять різні значення. Отже, для отримання точних результатів необхідно вимірювання проводити кілька разів. Однак при визначенні радіоактивності короткоживучих препаратів будуть нашаровуватися інші помилки, щоб уникнути яких необхідно правильно вибрати час рахунку (таблиця Белла та ін.).
Кількість радіоактивної речовини зазвичай визначають не одиницями маси (грам, міліграм і т. П.), А активністю даної речовини. яка дорівнює числу розпадів в одиницю часу. Чим більше радіоактивних перетворень зазнають атоми даного препарату в секунду, тим більше його активність. Як випливає з закону радіоактивного розпаду, активність радіонукліда пропорційна числу радіоактивних атомів, т. Е. Зростає зі збільшенням кількості даного речовини. Оскільки швидкість розпаду радіоактивних ізотопів різна, то однакові за масою кількості різних радіонуклідів мають різну активність. Так, якщо взяти радіонукліди 238 U, 32 Р і 8 Li однакової маси, але з різними періодами напіврозпаду (4,5. 10 9 років, 14,3 дня і 0,89 с відповідно), то найвища активність буде у літію і фосфору і дуже мала у урану, так як найбільше число розпадів в 1 с буде у перших двох ізотопів.
Одиницею активності в системі одиниць (СІ) служить розпад в секунду (роз / с), її називають бекерель (Бк); 1 Бк = 1 с -1.
Також використовується одиниця - кюрі (Кі). Кюрі - це така кількість будь-якого радіоактивного речовини, в якому число радіоактивних розпадів в секунду одно 3,7. 10 10. Одиниця кюрі відповідає радіоактивності 1 г радію. Кюрі дуже велика величина, тому зазвичай вживають дробові похідні одиниці (1 мКи, мкКі, 1 нКи, 1 пКи). 1 Ки = 3,7. 10 10 Бк.
Активність будь-якого радіоактивного препарату після закінчення часу t визначають за формулою, що відповідає основному закону радіоактивного розпаду:
де At - активність препарату через час t; А0 - початкова активність препарату; е-основа натуральних логарифмів (е = 2,72); Т- період напіврозпаду; значення Т і t повинні мати однакову розмірність (хвилини, години, доба і т. д.).
Приклад. Активність А0 радіоактивного елемента 32 Р на певний день дорівнює 5 мКи. Визначити активність цього елемента через тиждень. Період напіврозпаду T елемента 32 Р становить 14,3 дня. Активність 32 Р через 7 діб:
Одиниці кюрі для характеристики гамма-активності источни-ков непридатні. Для цих цілей введена інша одиниця - еквівалент 1 мг радію (мг-екв. Радію). Міліграм-еквівалент радію - це активність будь-якого радіоактивного препарату, гамма-випромінювання якого при ідентичних умовах виміру створює таку ж потужність експозиційної дози, як гамма-випромінювання 1 мг радію Державного еталона радію РФ при використанні платинового фільтра товщиною 0,5 мм.
Існують таб-лиці гамма-постійних для більшості радіоактивних ізотопів. Так, гамма-постійна 60 Со становить 13,5 Р / год.
Доза випромінювання і одиниці її вимірювання. Біологічна дія рентгенівського і ядерних випромінювань на організм обумовлено іонізацією і збудженням атомів і молекул біологічного середовища. На процес іонізації випромінювання витрачають свою енергію. В результаті взаємодії випромінювань з біологічним середовищем живому організму передається певна кількість енергії. Частина надходить в організм випромінювання, яке пронизує опромінюваний об'єкт (без поглинання), дії на нього не робить. Тому основна фізична величина, що характеризує дію випромінювання на організм, перебуває в прямій залежності від кількості поглиненої енергії. Для вимірювання кількості поглиненої енергії введено таке поняття, як доза випромінювання. Це величина енергії, поглиненою в одиниці об'єму (маси) речовини, що опромінюється.
Розрізняють дозу в повітрі, дозу на поверхні (шкірна доза) і в глибині опромінюється (глибинна доза), осередкову і інтегральну (загальна поглинена доза) дози. Так як поглинена енер-гія витрачається на іонізацію середовища, то для вимірювання її необхідно підрахувати число пар іонів, що утворюються при випромінюванні. Однак виміряти іонізацію безпосередньо в глибині тканин живого організму важко. У зв'язку з цим для кількісної характеристики рентгенівського і гамма-випромінювань, що діють на об'єкт, визначають так звану експозиційну дозу D0. яка характеризує іонізуючу здатність рентгенівських і гамма-променів в повітрі. Від експозиційної дози за допомогою відповідних коефіцієнтів переходять до дозі, поглиненої в об'єкті. Експозиційну дозу визначають по іонізуючого дії випромінювання в певній масі повітря і тільки при значеннях енергії рентгенівських і гамма-променів в діапазоні від десятків кілоелектронвольт до 3 МеВ.
За одиницю експозиційної дози в Міжнародній системі одиниць (СІ) прийнятий кулон на кілограм (Кл / кг), т. Е. Така експозиційна доза рентгенівських ігамма-променів, при якій в 1 кг сухого повітря утворюються іони, що несуть заряд в один кулон електрики кожного знака.
На практиці застосовують одиницю рентген (1 Р = 2,58. 10 -4 Кл / кг). Рентген (Р) - експозиційна доза рентгенівського або гамма-випромінювання, при якій в 1 см 3 повітря (0,001293 г сухого повітря) при нормальних умовах (0 o С і 1013 ГПа) утворюється 2,0. 10 9 пар іонів.
Оскільки на освіту однієї пари іонів в повітрі в середньому витрачається 34 еВ, то енергетичний еквівалент рентгена в 1 см 3 повітря становить 2,08. 10 9. 34 = 7,08. 10 4 МеВ = 0,114 ерг / см 3. або в 1 г повітря 88 ерг (0,114 / 0,001293 = 88 ерг).
Одиниця радий (rad - radiation absorbent dose) - поглинена доза будь-якого виду іонізуючого випромінювання, при якій в 1 г маси речовини поглинається енергія випромінювання, що дорівнює 100 ерг (1 рад = 100 ерг / г = 10 -2 Дж / кг).
За одиницю поглиненої дози в Міжнародній системі оди-ниць (СІ) прийнятий джоуль на кілограм (Дж / кг), т. Е. Така поглинена доза, при якій в 1 кг маси опроміненого речовини поглинається 1 Дж енергії випромінювання. Цією одиниці присвоєно соб-ного найменування грей (Гр), 1 Гр = 1 Дж / кг = 100 рад. Екві-валентної одиницею поглиненої дози є зіверт (Зв).
Оскільки при одній і тій же енергії гамма-квантів і часток в1 г біологічної тканини, різної за хімічним складом, поглинається різну кількість енергії, поглинену в тканинах дозу вимірюють в радах розрахунковим шляхом за формулою
де Dрад - поглинена доза, радий; Dp - експозиційна доза в тій же точці, Р; f - перехідний коефіцієнт, значення якого залежить від енергії випромінювання і від роду поглинає тканини (атомного номера і щільності).
Якщо в повітрі доза випромінювання в 1 Р енергетично еквівалентна 88 ерг / г, то поглинена енергія для цього середовища складе 88: 100 = 0,88 рад. Таким чином, для повітря поглинена доза, рівна 0,88 радий, відповідає експозиційної дози в 1 Р. Перехідний коефіцієнт f зазвичай визначають дослідним шляхом. Для води і м'яких тканин коефіцієнт fтк округлено прийнятий за одиницю (фактично він становить 0,93). Отже, поглинена доза в радах чисельно майже дорівнює відповідній експозиційній дозі в рентгенах. Для кісткової тканини коефіцієнт fK = 2 - 5.
У біологічному відношенні важливо знати не просто дозу випромінювання, яку отримав опромінюваний об'єкт, а дозу, отриману в одиницю часу. В одному випадку сумарна доза, що значно перевищує смертельну, але отримана протягом тривалого періоду часу, не тільки не призведе до загибелі живого, але навіть не викличе у нього реакцію променевого ураження. В іншому випадку доза менше смертельної, але отримана в короткий відрізок часу, може викликати променеву хворобу різної тяжкості. У зв'язку з цим введено поняття потужності дози. Потужність дози (P) - це доза випромінювання D, віднесена до одиниці часу t:
Чим більше потужність дози Р, тим швидше зростає доза випромінювання D.
В системі СІ за одиницю еквівалентної дози прийнятий зіверт (Зв); 1 Зв = 100 бер. Позасистемна одиниця еквівалентної дози - біологічний еквівалент рентгена - бер (1 бер = 1. 10 -2 Дж / кг).
Для встановлення співвідношення між активністю радіоактивного препарату і експозиційною дозою, створюваної їм, використовують гамма-постійну. Для точкового джерела з активністю А (мКи) доза випромінювання D (Р), створювана за час t (ч), на відстані R (см) виражається формулою
Відповідно потужність експозиційної дози (Р / год) дорівнює:
Якщо замість активності відомий гамма-еквівалент радіоактивного ізотопу М (мг. Екв. Радію), то
де 8,4 - гамма-постійна радію, м
Квадрат відстані R в знаменнику показує, що доза від точкового джерела слабшає по закону квадратів відстані подібно зміни інтенсивності світла.
Приклад. Є радіоактивний джерело 60 Со, гамма-еквівалент якого 10 мг. екв. радію. Яку дозу отримає працюючий на відстані 0,5 м за 6 днів, якщо працює щодня: по 30 хв; по 3 хв?