Фундаментальная радиохимия

2. Предпримем еще один мысленный эксперимент. Представим себе, что все члены уранового семейства, находящегося в вековом равновесии, в некий момент времени были пространственно разобщены. При этом, конечно, генетически связанные процессы распада и накопления останутся без изменений, и во всем семействе поэтому равновесие не будет нарушено (если семейство рассматривать в целом, в расчетном, системном смысле, безотносительно к тому, где находится каждый индивидуальный препарат). Но если рассматривать каждую фракцию отдельно, независимо от всех остальных, то можно засвидетельствовать как «практически полный» распад некоторых членов ряда, так и процессы возрастания суммарной активности в соответствии с формулой Бейтмена.

Так, в образце, содержащем радиохимически чистый ²³⁸U будет нарастать суммарная активность за счет образования ²³⁴Th и ²³⁴Pa вплоть до установления векового равновесия (практически уже через полгода):

A(²³⁸U) = A(²³⁴Th) = A(²³⁴Pa) inv(t).

В образцах ²³⁴U и ²³⁰Th в технологически значимое время «практически ничего не будет происходить» вследствие их геохронологически существенных периодов полураспада. В образце ²²⁶Ra уже за месяц восстановится равновесие во всем подсемействе до ²¹⁰Pb, исключая его, т.к. его включение в равновесную цепочку – процесс гораздо более медленный. Активность этого изотопа свинца достигнет половины от максимального равновесного значения только через 22,3 года.

1.4. Взаимодействие излучения с веществом. Основы дозиметрии. Методы обнаружения и измерения интенсивности радиоактивных излучений. Основные методы ядерной спектроскопии

1.4.1. Эффекты, сопровождающие прохождение излучения через вещество

Проходя через вещество, ядерное излучение взаимодействует с атомами (молекулами), электронами и ядрами. Характер взаимодействия зависит от вида энергии излучения, а также от свойств поглощающего вещества. Взаимодействие заряженных частиц и -квантов с ядрами существенно только при высоких энергиях и больших потоках частиц или -квантов. Для обычно применяемых радионуклидов, используемых к тому же в индикаторных количествах, вероятность процессов взаимодействия ядерного излучения с ядрами среды невелика. Поэтому энергия излучения расходуется главным образом на взаимодействие с электронами (в частности, со связанными электронами – в этом случае говорят о взаимодействии излучения с атомами или молекулами среды).

Различают два типа взаимодействия – упругое и неупругое. При упругом взаимодействии сумма кинетических энергий взаимодействующих частиц (или фотонов и частиц) не изменяется, происходит лишь перераспределение энергии между участниками взаимодействия. Такие процессы не представляют для нас интереса (кроме случая, когда и результате упругого взаимодействия часть энергии -кванта передается свободному электрону). При неупругом взаимодействии сумма кинетических энергий участников взаимодействия уменьшается, так как часть кинетической энергии переходит в другие формы (энергию возбуждения, энергию разрыва связей и т. п.) и в конечном счете рассеивается в виде теплоты и длинноволнового излучения.

Для характеристики энергии, поглощенной в единице массы облучаемой среды, используют величину, называемую поглощенной дозой излучения (или просто дозой излучения). От уровня дозы зависит, в частности, степень биологического действия излучения. Вопросы, связанные с изучением воздействия радиоактивных излучений на организм человека (элементы радиобиологии и радиационной медицины), измерением и расчетом доз ионизирующих излучений (дозиметрия), а также организацией защиты от ионизирующих излучений, стали предметом специальной дисциплины – радиационной безопасности.

Заряженные частицы (-, -) непосредственно оказывают сильное ионизирующее действие на вещество, в котором распространяется излучение: их неупругое взаимодействие с электронами атомов и молекул среды сопровождается потерями энергии на ионизацию и возбуждение атомов и молекул. Взаимодействие -квантов со средой приводит к образованию относительно небольшого числа первичных электронов (а в некоторых случаях и позитронов), которые вызывают дальнейшую ионизацию среды. Поэтому -излучение часто называют косвенно ионизирующим.

Ионизирующее действие излучения характеризуют линейной ионизацией – числом пар ионов, образуемых частицей или -квантом на единицу длины пути.

Ионизирующее действие излучений широко используется для их регистрации. С ионизирующим действием связан ряд вторичных эффектов, которые также используются для регистрации излучения или измерения доз, создаваемых радиоактивными веществами.