Закон радиоактивного распада

Примеры значений и уравнений

Токсичность

У рассматриваемого элемента очень большая удельная активность – целых 166 ТБк/г. Под данным термином подразумевается количество осуществляемых в единицу времени радиоактивных распадов – спонтанного изменения состава или внутреннего строения атомных ядер.

Данное вещество излучает только альфа-частицы – положительно заряженные, образованные 2 протонами и 2 нейтронами. Но даже несмотря на это, его запрещено брать руками. Коснувшись этого мягкого серебристо-белого металла, человек гарантированно заработает лучевое поражение кожи как минимум. И высока вероятность того, что оно распространится по всему организму. Потому что изотоп легко проникает внутрь через кожные покровы.

Опасен он и на расстоянии, которое превышает длину преодоления альфа-частиц. Все потому, что они начинают самостоятельно нагреваться, вследствие чего переходят в аэрозольное состояние.

Это что касательно токсичности и распада полония-210. Но еще есть изотопы 208 и 209 – более долгоживущие. У 208-го период полураспада составляет 2,898 года. А у 209-го – и вовсе 103 года. Они менее токсичны. А об остальных изотопах и их радиотоксичности практически нет сведений, поскольку они являются короткоживущими.

Как действовать?

То, удастся ли спасти человека от губительного контакта с этим веществом, зависит не от периода полураспада полония-210, и даже не от того, какое количество металла или испарений оказало воздействие. А от лечения и своевременной помощи. Вот как нужно действовать:

• При прикосновении к металлу сразу же промыть этот участок тела, применив большое количество стирального порошка или хозяйственного мыла.
• При попадании изотопа в пищевод надо немедля вызвать рвоту. Поскольку счет идет на секунды, для этого применяются подкожные инъекции апоморфина. И прием слабительного – введение клизмой сульфата натрия и магния.

Естественно, перед этим необходимо вызвать скорую. В таких случаях квалифицированная медицинская помощь первостепенна.

В течении полугода-года изотоп может быть выведен из организма почками. Но за это время он накопится и причинит вред (облысение, например).

Если вещество успело впитаться в ткань органов, медики используют химические соединения из оксатиола и унитиола. Эти препараты могут «извлечь» полоний-210 и вывести наружу. В течение как минимум недели пострадавшему придется лежать под капельницей.

Источники полония

Мало кто знает, но данный изотоп был обнаружен в табаке, используемом при производстве сигарет. И соответственно, в табачном дыме. Производители, конечно же, предпочитают об этом умалчивать. Но данная информация все равно была выяснена и разглашена.

Впервые статью опубликовали в американском издании под названием American Journal of Public Health. Она была написана группой исследователей, в которую вошли специалисты клиники Майо (Рочестер) и ученые Стэнфордского университета.

В статье говорится, что производители сигар более сорока лет тому назад обнаружили, что радиоактивный полоний-210 входит в состав табака. Они всеми доступными методами пытались его изъять из продукции, но безуспешно.

Во избежание большей информированности потенциальных покупателей о данном факте, компании не стали сообщать о результатах своих внутренних исследований. Об этом свидетельствуют внутренние документы концернов табачной промышленности.

Швейцарская газета Le Temps, в свою очередь, пишет о том, что желание скрыть данную информацию было столь сильным, что производители замалчивали ее даже тогда, когда выяснилось – концентрация полония-210 в два-три раза меньше оценок, сделанных изначально.

Ученые считают, что на сигаретных пачках, в связи с этим, необходимо изображать знак, который предупреждал бы о радиоактивной опасности.

Временной интервал в радиоактивности

Момент развала частицы невозможно установить для данного конкретного атома. Для него это скорее «несчастный случай», нежели закономерность. Выделение энергии, характеризующее этот процесс, определяют как активность образца.

Замечено, что она с течением времени меняется. Хотя отдельные элементы демонстрируют удивительное постоянство степени излучения, существуют вещества, активность которых уменьшается в несколько раз за достаточно короткий промежуток времени. Удивительное разнообразие! Возможно ли найти закономерность в этих процессах?

Установлено, что существует время, в течение которого ровно половина атомов данного образца претерпевает распад. Этот интервал времени получил название «период полураспада». В чем смысл введения этого понятия?

Получение

В 1 тонне урановой руды содержится изотоп полоний-210 в количестве, равном примерно 100 микрограммам. Их можно выделить при обработке отходов производства, однако для получения более или менее значительного объема элемента пришлось бы обработать огромное количество материала. Гораздо более простым и эффективным способов является синтез с помощью облучения нейтронами природного висмута в ядерных реакторах.

В результате после еще некоторых процедур получается полоний-210. Изотопы 208 и 209 также можно получить, если облучать висмут или свинец ускоренными пучками альфа-частиц, протонов или дейтронов.

Примечания

1. Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1994. — Т. 4. Пойнтинга — Робертсона — Стримеры. — С. 210. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
2. Манолов К., Тютюнник В. Биография атома. Атом — от Кембриджа до Хиросимы. — Переработанный пер. с болг.. — М.: Мир, 1984. — С. 20—21. — 246 с.
3. А.Н.Климов. Ядерная физика и ядерные реакторы. — Москва: Энергоатомиздат, 1985. — С. 352.
4. Бартоломей Г.Г., Байбаков В.Д., Алхутов М.С., Бать Г.А. Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов. — Москва: Энергоатомиздат, 1982.
5. I.R.Cameron, Nuclear fission reactors. — Canada, New Brunswick: Plenum Press, 1982.
6. И.Камерон. Ядерные реакторы. — Москва: Энергоатомиздат, 1987. — С. 320.

Бизнес и финансы

БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Примеры характеристик распада

Существующие в природе радиоактивные изотопы в основном возникают в сложных цепочках распадов урана и тория и имеют периоды полураспада в очень широкой области значений: от 3·10−7 секунды для 212Po до 1,4·1010 лет для 232Th. Наибольший экспериментально измеренный период полураспада имеет изотоп теллура 128Te — 2,2·1024 лет. Само существование в настоящее время многих естественных радиоактивных элементов несмотря на то, что с момента образования этих элементов при звёздном нуклеосинтезе прошло более 4,5 млрд лет, является следствием очень больших периодов полураспада 235U, 238U, 232Th и других природных радионуклидов. К примеру, изотоп 238U стоит в начале длинной цепочки (так называемый ), состоящей из 20 изотопов, каждый из которых возникает при α-распаде или β-распаде предыдущего элемента. Период полураспада 238U (4,5·109 лет) много больше, чем период полураспада любого из последующих элементов радиоактивного ряда, поэтому распад в целом всей цепочки происходит за то же время, что и распад 238U, её родоначальника, в таких случаях говорят, что цепочка находится в состоянии секулярного (или векового) равновесия. Примеры характеристик распада некоторых веществ:

Примеры

вода

Биологический период полураспада воды у человека составляет от 7 до 14 дней . Это может быть изменено поведением. Употребление большого количества алкоголя снижает биологический период полураспада воды в организме. Это использовалось для обеззараживания людей, внутренне загрязненных тритием водой ( тритием ). Основа этого метода обеззараживания (используемого в Харвелле ) заключается в увеличении скорости, с которой вода в организме заменяется новой.

Алкоголь

Удаление этанола (питьевого алкоголя) путем окисления алкогольдегидрогеназой в печени из человеческого тела ограничено. Следовательно, удаление большой концентрации алкоголя из крови может происходить по . Также этапы ограничения скорости для одного вещества могут быть общими с другими веществами. Например, концентрация алкоголя в крови может использоваться для изменения биохимии метанола и этиленгликоля . Таким образом, можно предотвратить окисление метанола до токсичного формальдегида и муравьиной кислоты в организме человека, если дать соответствующее количество этанола человеку, который проглотил метанол

Обратите внимание, что метанол очень токсичен и вызывает слепоту и смерть. Таким же образом можно лечить человека, который проглотил этиленгликоль

Период полураспада также зависит от субъективной скорости метаболизма рассматриваемого человека.

Общие рецептурные лекарства

Металлы

Биологический период полураспада цезия у человека составляет от одного до четырех месяцев. Это можно сократить, если накормить человека берлинской лазурью . Берлина в пищеварительной системе действует как твердый ионообменник, который поглощает цезий, высвобождая ионы калия .

Что касается некоторых веществ, важно рассматривать тело человека или животного как состоящее из нескольких частей, каждая из которых имеет собственное сродство к веществу, и каждая часть имеет свой биологический период полураспада ( фармакокинетическое моделирование на физиологической основе ). Попытки удалить какое-либо вещество из всего организма могут привести к увеличению нагрузки, присутствующей в одной части организма

Например, если человеку, загрязненному свинцом, вводят ЭДТА в хелатной терапии , тогда, хотя скорость, с которой свинец теряется из организма, будет увеличиваться, свинец внутри тела имеет тенденцию перемещаться в мозг, где он может это сделать. самый вред.

• Полоний в организме имеет биологический период полураспада от 30 до 50 дней.
• Цезий в организме имеет период биологического полураспада от одного до четырех месяцев.
• Период полураспада ртути (в виде метилртути ) в организме составляет около 65 дней.
• Период полураспада свинца в крови составляет 28–36 дней.
• Свинец в кости имеет период биологического полураспада около десяти лет.
• Кадмий в кости имеет биологический период полураспада около 30 лет.
• Биологический период полураспада плутония в кости составляет около 100 лет.
• Плутоний в печени имеет период биологического полураспада около 40 лет.

Периферический период полураспада

Некоторые вещества могут иметь разный период полураспада в разных частях тела. Например, окситоцин имеет период полураспада в крови обычно около трех минут при внутривенном введении . Периферически вводимые (например, внутривенные) пептиды, такие как окситоцин, очень плохо проникают через гематоэнцефалический барьер , хотя очень небольшие количества (<1%), по-видимому, действительно проникают в центральную нервную систему у людей при введении этим путем. В отличие от периферического введения, при интраназальном введении через назальный спрей окситоцин надежно проникает через гематоэнцефалический барьер и проявляет психоактивные эффекты у людей. Кроме того, в отличие от периферического введения, интраназальный окситоцин имеет центральную продолжительность от 2,25 часа до 4 часов. Вероятно, в связи с этим фактом было обнаружено, что эндогенные концентрации окситоцина в головном мозге в 1000 раз превышают периферические уровни.

Определение и основные соотношения

Зависимость числа выживших частиц от времени при экспоненциальном распаде

Понятие периода полураспада применяется как к испытывающим распад элементарным частицам, так и к радиоактивным ядрам. Поскольку событие распада имеет квантовую вероятностную природу, то если рассматривать одну структурную единицу материи (частицу, атом радиоактивного изотопа), можно говорить о периоде полураспада как промежутке времени, по истечении которого средняя вероятность распада рассматриваемой частицы будет равна 1/2.

Если же рассматривать экспоненциально распадающиеся системы частиц, то периодом полураспада T12{\displaystyle T_{1/2}} будет называться время, в течение которого распадается в среднем половина радиоактивных ядер. Согласно закону радиоактивного распада, число нераспавшихся атомов в момент времени t{\displaystyle t} связано с начальным (в момент t={\displaystyle t=0}) числом атомов N{\displaystyle N_{0}} соотношением

N(t)N=e−λt,{\displaystyle {\frac {N(t)}{N_{0}}}=e^{-\lambda t},}

где λ{\displaystyle \lambda } — постоянная распада.

По определению, N(T12)N=12,{\displaystyle {\frac {N(T_{1/2})}{N_{0}}}={\frac {1}{2}},} следовательно, e−λT12=12,{\displaystyle e^{-\lambda T_{1/2}}={\frac {1}{2}},} откуда

T12=ln⁡2λ≈,693λ.{\displaystyle T_{1/2}={\frac {\ln 2}{\lambda }}\approx {\frac {0,693}{\lambda }}.}

Далее, поскольку среднее время жизни τ=1λ{\displaystyle \tau ={\frac {1}{\lambda }}}, то

T12=τln⁡2≈,693τ,{\displaystyle T_{1/2}=\tau \ln 2\approx 0,693\tau ,}

то есть период полураспада примерно на 30,7 % короче, чем среднее время жизни. Например, для свободного нейтрона T12{\displaystyle T_{1/2}} = 10,3 минуты, а τ{\displaystyle \tau } = 14,9 минуты.

Не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, взятые в начальный момент. Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2T12{\displaystyle 2T_{1/2}} останется четверть от начального числа частиц, за 3T12{\displaystyle 3T_{1/2}} — одна восьмая и т. д.. При этом для каждой конкретной отдельной частицы по прошествии времени T12{\displaystyle T_{1/2}} ожидаемая средняя продолжительность жизни (соответственно, и вероятность распада, и период полураспада) не изменится — этот контринтуитивный факт является следствием квантовой природы явления распада

Парциальный период полураспада

Если система с периодом полураспада T12{\displaystyle T_{1/2}} может распадаться по нескольким каналам, для каждого из них можно определить парциальный период полураспада. Пусть вероятность распада по i-му каналу (коэффициент ветвления) равна pi{\displaystyle p_{i}}. Тогда парциальный период полураспада по i-му каналу равен

T12(i)=T12pi.{\displaystyle T_{1/2}^{(i)}={\frac {T_{1/2}}{p_{i}}}.}

Парциальный T12(i){\displaystyle T_{1/2}^{(i)}} имеет смысл периода полураспада, который был бы у данной системы, если «выключить» все каналы распада, кроме i-го. Так как по определению pi≤1{\displaystyle p_{i}\leq 1}, то T12(i)≥T12{\displaystyle T_{1/2}^{(i)}\geq T_{1/2}} для любого канала распада.

Виды частиц, испускаемых при радиоактивном распаде

Э. Резерфорд экспериментально установил (), что соли урана испускают лучи трёх типов, которые по-разному отклоняются в магнитном поле:

• лучи первого типа отклоняются так же, как поток положительно заряженных частиц; их назвали α-лучами;
• лучи второго типа обычно отклоняются в магнитном поле так же, как поток отрицательно заряженных частиц, их назвали β-лучами (существуют, однако, позитронные бета-лучи, отклоняющиеся в противоположную сторону);
• лучи третьего типа, которые не отклоняются магнитным полем, назвали γ-излучением.

Хотя в ходе исследований были обнаружены и другие типы частиц, испускающихся при радиоактивном распаде, перечисленные названия сохранились до сих пор, поскольку соответствующие типы распадов наиболее распространены.

При взаимодействии распадающегося ядра с электронной оболочкой возможно испускание частиц (рентгеновских фотонов, Оже-электронов, конверсионных электронов) из электронной оболочки. Первые два типа излучений возникают при появлении в электронной оболочке вакансии (в частности, при электронном захвате и при изомерном переходе с излучением конверсионного электрона) и последующем каскадном заполнении этой вакансии. Конверсионный электрон испускается в процессе изомерного перехода с внутренней конверсией, когда энергия, выделяющаяся при переходе между уровнями ядра, не уносится гамма-квантом, а передаётся одному из электронов оболочки.

При спонтанном делении ядро распадается на два (реже три) относительно лёгких ядра — так называемые осколки деления — и несколько нейтронов. При кластерном распаде (являющемся промежуточным процессом между делением и альфа-распадом) тяжёлым материнским ядром испускается относительно лёгкое ядро (14C, 16O и т. п.).

При протонном (двухпротонном) и нейтронном распаде ядро испускает соответственно протоны и нейтроны.

Во всех типах бета-распада (кроме предсказанного, но пока не открытого безнейтринного) ядром испускается нейтрино или антинейтрино.

Виды радиоактивного распада: α-распад, β-распад. Характеристики радиоактивных излучений.

Альфа-распад
— самопроизвольное превращение ядра с
испусканием альфа-частицы(ядра гелия)
и квантов λ-излучения.

Различают
три вида бета-распада:

1. β-
   -распад.
   Проявляется в вылете из ядра электрона
   (β-)
   и антинейтрино.

2. β+
   -распад.
   Образование позитронов и нейтрино.

Энергия,
выделяющаяся при β-распаде, распределяется
между бета-частицей и нейтрино или
антинейтрино.

1. е-захват.
   Заключается в захвате ядром одного из
   внутренних электронов атома, в результате
   чего протон ядра превращается в нейтрон.

Характеристики
радиоактивных излучений.

1. Активность
   радиоактивного
   препарата – число ядер этого препарата,
   распадающихся за секунду.Единица
   активности – беккерель (Бк). Наиболее
   употребимой единицей является кюри
   (Ки).

2. Дозой
   облучения называется
   энергия излучения, поглощенная в единице
   объема или массы вещества за все время
   воздействия излучения. Доза облучения,
   характеризует степень ионизации
   вещества: чем больше доза, тем больше
   степень этой ионизации. Является мерой
   поражающего действия радиоактивных
   излучений на организм человека.

3. Уровень
   радиации (мощность дозы) характеризует
   интенсивность излучения. Это доза,
   создаваемая за единицу времени и
   характеризующая скорость накопления
   дозы. Измеряется в рентгенах в час
   (Р/ч). Чем больше уровень радиации (фон),
   тем меньше времени должны находиться
   на загрязненном участке люди, чтобы
   полученная ими Доза облучения не
   превысила допустимую.

4. Степень
   загрязнения
   радиоактивными веществами характеризуется
   плотностью загрязнения, которая
   измеряется количеством радиоактивных
   распадов атомов, происходящих за единицу
   времени на единице поверхности, в
   единице массы или объема, т. е. единицами
   удельной активности. Знание степени
   загрязнения позволяет оценить вредное
   биологическое воздействие радиоактивно
   загрязненных предметов и веществ при
   соприкосновении с ними или попадании
   их внутрь организма.