· В результаті всіх видів радіоактивних перетворень кількість ядер даного ізотопу поступово зменшується. Зменшення кількості розпадаються ядер відбувається по експоненті і записується в наступному вигляді:
де N0 - кількість ядер радіонукліда в момент початку відліку часу (t = 0); l - постійна розпаду, яка для різних радіонуклідів різна; N - кількість ядер радіонукліда через час t; е - основа натурального логарифма (е = 2,713 ....). Це і є основний закон радіоактивного розпаду.
Висновок формули (10). Природний радіоактивний розпад ядер протікає мимовільно, без будь-якого впливу ззовні. Цей процес статистичний, і для окремо взятого ядра можна лише вказати ймовірність розпаду за певний час. Тому швидкість розпаду можна характеризувати часом t. Нехай є число N атомів радіонукліда. Тоді, число розпадаються атомів dN за час dt пропорційно числу атомів N і проміжку часу dt:
Знак мінус показує, що число N вихідних атомів зменшується в часі. Експериментально показано, що властивості ядер з часом не змінюються. Звідси випливає, що l є величина постійна і носить назву - постійна розпаду. З (11) випливає, що l = - dN / N = const, при dt = 1, тобто постійна
l дорівнює ймовірності розпаду одного радіонукліда за одиницю часу.
У рівнянні (11) поділимо праву і ліву частини на N і проинтегрируем:
де N0 є початкове число розпадаються атомів (N0 при t = 0).
Формула (14) має два недоліки. Для визначення числа розпадаються ядер необхідно знати N0. Приладу для його визначення не існує. Другий недолік - хоча постійна розпаду # 955; мається на таблицях, але прямої інформації про швидкість розпаду вона не несе.
Щоб позбутися від величини # 955; вводиться поняття період напіврозпаду Т (іноді в літературі позначається Т1 / 2). Періодом напіврозпаду називається проміжок часу, протягом якого вихідне число радіоактивних ядер зменшується вдвічі, а число розпадаються ядер за час Т залишається постійним
(# 955; = const).
У рівнянні (10) праву і ліву частину поділимо на N, і наведемо до виду:
Підставивши вираз (16) в (10) отримаємо:
· На графіку (рис.2.) Показана залежність числа розпадаються атомів від часу розпаду. Теоретично крива експонента ніколи не може злитися з віссю абсцис, але на практиці можна вважати, що приблизно через 10-20 періодів напіврозпаду радіоактивну речовину розпадається повністю.
Для того, щоб позбутися від величин N та N0, користуються наступним властивістю явища радіоактивності. Є прилади, які реєструють кожен розпад. Очевидно, що можна визначити кількість розпадів за певний проміжок часу. Це є не що інше, як швидкість розпаду радіонукліда, яку можна назвати активністю: чим більше розпадається за одне і теж час ядер, тим більше активність.
Отже, активність - це фізична величина, що характеризує число радіоактивних розпадів в одиницю часу:
Виходячи з визначення активності, слід, що вона характеризує швидкість ядерних переходів в одиницю часу. З іншого боку, кількість ядерних переходів залежить від постійної розпаду l. Можна показати, що:
Висновок формули (19). Активність радіонукліда характеризує число розпадів в одиницю часу (в секунду) і дорівнює похідній за часом від рівняння (14):
Відповідно початкова активність в момент часу t = 0 дорівнює:
Виходячи з рівняння (20) і з урахуванням (21), отримаємо:
Одиницею активності в системі СІ прийнятий 1 розпад / с = 1 Бк (названий Беккерелем в честь французького вченого (1852-1908 г), який відкрив в 1896 році природну радіоактивність солей урану). Використовують також кратні одиниці: 1 ГБК = 10 9 Бк - гігабеккерель, 1 МБк = 10 6 Бк - мегабеккерель, 1 кБк = 10 3 Бк - кілобеккерель і ін.
Існує і позасистемна одиниця Кюрі, яка вилучається з ужитку згідно ГОСТ 8.417-81 і РД 50-454-84. Однак на практиці і в літературі вона використовується. За 1Кu прийнята активність 1г радію.
1Кu = 3,7 × 10 10 Бк; 1Бк = 2,7 × 10 -11 Кі (23)
Використовують також кратну одиницю мегакюрі 1Мкі = 1 × 10 6 Кі і частинні - мілікюрі, 1мКі = 10 -3 Кі; мікрокюрі, 1мкКі = 10 -6 Кі.
Радіоактивні речовини можуть знаходитися в різному агрегатному стані, в тому числі аерозольному, зваженому стані в рідині або в повітрі. Тому в дозиметричної практиці часто використовують величину питомої, поверхневої або об'ємної активності або концентрації радіоактивних речовин в повітрі, рідини і в грунті.
Питому, об'ємну і поверхневу активність можна записати відповідно у вигляді:
де: m - маса речовини; v - обсяг речовини; s - площа поверхні речовини.
де: r - щільність грунту, приймається в Республіці Білорусь рівній 1000кг / м 3; h - кореневмісному шар грунту, приймається рівним 0,2; s - площа радіоактивного зараження, м 2. Тоді:
А m може бути виражена в Бк / кг або Кu / кг; As може бути виражена в Бк / м 2, Кu / м 2. Кu / км2; Av може бути виражена в Бк / м 3 або Кu / м 3.
На практиці можуть бути використані як укрупнені, так і дробові одиниці виміру. Наприклад: Кu / км 2. Бк / см 2. Бк / г та ін.
Активність мінімально значуща (МЗА) - активність відкритого джерела іонізуючого випромінювання в приміщенні або на робочому місці, при перевищенні якої потрібен дозвіл органів санітарно-епідеміологічної служби Міністерства охорони здоров'я на використання цих джерел, якщо при цьому також перевищено значення мінімально значущою питомої активності.
Активність мінімально значуща питома (МЗУА) - питома активність відкритого джерела іонізуючого випромінювання в приміщенні або на робочому місці, при перевищенні якої потрібен дозвіл органів санітарно-епідеміологічної служби Міністерства охорони здоров'я на використання цього джерела, якщо при цьому також перевищено значення мінімально значущою активності.
Активність еквівалентна рівноважна (ЕРОА) дочірніх продуктів ізотопів радону 222 Rn і 220 Rn - зважена сума об'ємних активностей короткоживучих дочірніх продуктів ізотопів радону - 218 Ро (RaA); 214 Pb (RaB); 212 Pb (ThB); 212 Вi (ThC) відповідно:
де А - об'ємні активності дочірніх продуктів ізотопів радону і торію.