Виктор Михайлов - Физические основы получения атомной энергии

Постоянную распада λ для радия мы найдем, если 37∙10 9разделим на число атомов, содержащихся в грамме радия, приблизительно равное 27∙10 20:

Эта малая дробь показывает, что в секунду из каждых 10 триллионов атомов радия распадается всего 137 атомов.

Постоянная распада зависит от устойчивости атомных ядер и у различных радиоактивных веществ имеет свои разные значения. Чем больше постоянная распада, тем быстрее уменьшается первоначальное количество атомов. Время, в течение которого распадается половина атомов данного радиоактивного вещества, обозначается Т и называется периодом полураспада. Этой величиной и характеризуется на практике скорость радиоактивного распада.

Радиоактивные вещества обладают различными периодами полураспада: от малых долей секунды до многих миллиардов лет.

Период полураспада урана 238 составляет 4,5 млрд. лет, радия — около 1590 лет, кобальта 60 — 5,2 года, радона — менее четырех дней. Если взять, например, 1 г радия, то через 1590 лет его останется полграмма, а вторые полграмма распадутся, превращаясь в конечном счете в ядра атомов свинца 206. Еще через 1590 лет радия останется четверть грамма и т. д.

Поскольку количество радиоактивного вещества за один период полураспада уменьшается до половины, постольку очевидно, что по истечении, например, пяти периодов количество вещества уменьшится до 1/2 5=0,03, что составит 3% начального количества.

Количество атомов, распадающихся за одну секунду, называется активностьюрадиоактивного вещества. Чем больше имеется атомов радиоактивного вещества, то есть чем больше количество этого вещества, тем больше активность. Если имеется N 0радиоактивных атомов и известна постоянная распада λ, то активность а определится произведением

Вследствие распада число нераспавшихся атомов радиоактивного вещества непрерывно уменьшается. Соответственно этому происходит уменьшение активности вещества. Распад атомов с испусканием альфа- и бета-частиц сопровождается в большинстве случаев гамма-излучением.

Один грамм радия испускает в секунду 37 млрд. альфа-частиц, так как за это время в нем совершается 37 млрд. распадов. С уменьшением количества радия уменьшается и число альфа-частиц, происходит, следовательно, ослабление радиоактивного излучения, испускаемого веществом. После пяти периодов активность становится равной 3% первоначальной. По истечении десяти периодов активность снижается до 1/2 10=0,001, что составляет 0,1% первоначальной величины. Следовательно, по истечении достаточно большого числа периодов полураспада можно считать, что распад фактически закончился.

Уменьшение количества радиоактивного вещества, или его активности, с течением времени можно изобразить графически с помощью кривой (рис. 10). Здесь для простоты начальная активность принята за единицу, а время отложено по горизонтальной оси в периодах полураспада.

Обычно при измерении активности пользуются единицей кюри, установленной по чистому радию.

Активность данного количества радиоактивного вещества равна 1 кюри , если в нем, как и в 1 г радия, происходит 37∙10 9распадов в 1 секунду.

По активности того или другого препарата можно судить о количестве (точнее массе) радиоактивного вещества, находящегося в нем. Единица активности— кюри — служит в то же время единицей для измерения количества радиоактивного вещества.Под кюри понимают в этом случае такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 37 млрд. распадов в секунду.

Активность вещества тем больше, чем меньше период его полураспада. В атомной физике доказывается, что период полураспада Т и постоянная распада λ связаны между собой простым соотношением

Тогда вышеприведенная формула для активности примет следующий вид:

Чем меньше период полураспада Т , тем больше активность а. Например, для бета-активной сурьмы 131, образующейся наряду с другими элементами при атомном взрыве, период полураспада Т =21,3 минуты=1278 секунд. Поэтому активность одного грамма этой сурьмы, в котором содержится N 0=4,6∙10 21атомов, будет равна атомов в секунду.