Une substance est considérée comme radioactive ou elle contient des radionucléides et subit un processus de désintégration radioactive. Quantité substance radioactive généralement déterminé non pas par des unités de masse (gramme, milligramme, etc.), mais par l'activité d'une substance donnée.
L'activité d'une substance est déterminée par l'intensité ou la vitesse de désintégration de ses noyaux. L'activité est proportionnelle au nombre d'atomes radioactifs contenus dans une substance donnée, c'est-à-dire augmente avec l'augmentation de la quantité de cette substance. L'activité est une mesure de la quantité de substance radioactive, exprimée par le nombre de transformations radioactives (désintégrations nucléaires) par unité de temps. Depuis le taux de décomposition Isotopes radioactifs différent, alors les radionucléides de masse égale ont diverses activités. Plus les noyaux se désintègrent par unité de temps, plus leur activité est élevée. L'activité est généralement mesurée en désintégrations par seconde. Par unité d'activité en Système international Les unités (SI) sont supposées être une désintégration par seconde. Cette unité porte le nom d'Henri Becquerel, qui a découvert le premier le phénomène de radioactivité naturelle en 1896, le becquerel (Bq). 1 Bq est la quantité de radionucléide dans laquelle une désintégration se produit en une seconde. Puisque le becquerel est très petite valeur, alors plusieurs valeurs sont utilisées : kBq - calobecquerel (103 Bq), MBq - mégabecquerel (106 Bq), GBq - gigabecquerel (109 Bq).
L'unité d'activité extrasystémique est le curie (Ci). Curie est l'activité lorsque le nombre de désintégrations radioactives par seconde est égal à
3,7 x 1010 (37 milliards de dispersion/s). Un curie correspond à l'activité de 1g de radium. Le curie étant une valeur très grande, des valeurs dérivées sont généralement utilisées : mCi - millicurie (millième de curie) - 3,7 x 107 dispersion/s ; μCi - microcurie (millionième de curie) - 3,7 x 104 comptes/s ; nCi - nanocurie (milliardième de curie) - 3,7x10 dispersion/s.
Connaissant l'activité en becquerels, il n'est pas difficile de passer à l'activité en curies et vice versa :
1 Ci = 3,7 x 1010 Bq = 37 gigabecquerels ;
1 mCi = 3,7 x 107 Bq = 37 mégabecquerel ;
1 mCiCi = 3,7 x 104 Bq = 37 kilobecquerel ;
1 Bq = 1 dis/s = 2,7 x 10-11 Ci.
En pratique, le nombre de désintégrations par minute est souvent utilisé.
1 Ci = 2,22 x 1012 tr/min.
1 mCi = 2,22 x 109 cpm.
1 mCi = 2,22 x 106 cpm.
Lors de la mesure de l'activité d'un échantillon radioactif, on parle généralement de masse, de volume, de surface ou de longueur. On distingue les types d'activité de radionucléides suivants. Activité spécifique
est l'activité par unité de masse d'une substance (activité par unité de masse) - Bq/kg, Ci/kg. Activité volumétrique
- c'est l'activité par unité de volume - Bq/l, Ci/l, Bq/m3, Ci/m3. Lorsque des radionucléides sont distribués sur une surface, l'activité est appelée superficiel
(le rapport de l'activité du radionucléide sur lequel se trouve le radionucléide) - Bq/m2, Ci/m2. Pour caractériser la contamination du territoire, la valeur Ci/km2 est utilisée. Le potassium 40 naturel dans le sol correspond à 5 mCi/km2 (200 Bq/m2). Si la zone est contaminée
40 Ci/km2 pour le césium 137, 2 000 000 milliards de noyaux sont déposés sur 1 m2 de surface, soit 0,455 microgrammes de césium 137. Activité linéaire radionucléide - le rapport entre l'activité du radionucléide contenu sur la longueur du segment et sa longueur.
La masse en grammes d'activité connue (par exemple, 1Ki) d'un radionucléide est déterminée par la formule m = k x A x T½ x a, où m est la masse en grammes ; UN - masse atomique; T½ - demi-vie ; a - activité en curies ou becquerels ; k est une constante dépendant des unités dans lesquelles la demi-vie et l'activité sont données. Si la demi-vie est donnée en secondes, alors pour l'activité en becquerels, la constante est de 2,4 x 10-24, pour l'activité en curies, elle est de 8,86 x 10-14. Si la demi-vie est indiquée dans d’autres unités, elle est alors convertie en secondes.
Calculons la masse de 131J s demi-vie 8,05 jours pour créer 1 curie d'activité.
M = 8,86 x 10-14 x 131 x 8,05 x 24 x 3600 x 1 = 0,000008 g. Pour le strontium-90, la masse est de 0,0073, le plutonium-239 - 16,3 g, l'uranium-238 - 3 t. Il est possible de calculer l'activité en becquerels ou curies d'un radionucléide de masse connue : a0 = l x m/ (A x T 1/2), où l est le paramètre inverse de la constante « k ». Avec T½ mesuré en secondes et activité en becquerels,
l = 4,17 x 1023, avec une activité en Ki l = 1,13 x 1013 Ainsi, l'activité de 32,6 g de plutonium-239 est égale à
a0 = 1,13 x 1013 x 32,6 (239 x 24300 x 365 x 24 x 3600) = 2 Ci,
a0= 4,17 x 1013 x 32,6 (239 x 24300 x 365 x 24 x 3600) = 7,4 x 1010 Bq.
L'effet biologique des rayonnements est dû à l'ionisation du milieu biologique irradié. Le rayonnement gaspille son énergie dans le processus d'ionisation. Ceux. En raison de l'interaction du rayonnement avec l'environnement biologique, une certaine quantité d'énergie est transférée à un organisme vivant. La partie du rayonnement qui pénètre dans l’objet irradié (sans absorption) n’a aucun effet sur celui-ci. L'effet des rayonnements dépend de nombreux facteurs : la quantité de radioactivité à l'extérieur et à l'intérieur du corps, la voie d'entrée, le type et l'énergie du rayonnement lors de la désintégration nucléaire, rôle biologique organes et tissus irradiés, etc. Un indicateur objectif qui relie tous ces différents facteurs est le nombre énergie absorbée rayonnement provenant de l'ionisation que cette énergie produit dans une masse de matière.
Afin de prédire l'ampleur de l'effet des rayonnements, vous devez apprendre à mesurer l'intensité de l'exposition aux rayonnements ionisants. Et cela peut être fait en mesurant l'énergie absorbée dans l'objet ou la charge totale des ions formés lors de l'ionisation. Cette quantité d’énergie absorbée est appelée dose.
Cours 2. La loi fondamentale de la désintégration radioactive et de l'activité des radionucléides
Le taux de désintégration des radionucléides est différent : certains se désintègrent plus rapidement, d'autres plus lentement. Un indicateur du taux de désintégration radioactive est constante de désintégration radioactive, λ [seconde-1], qui caractérise la probabilité de désintégration d'un atome en une seconde. Pour chaque radionucléide, la constante de désintégration a sa propre valeur : plus elle est grande, plus les noyaux de la substance se désintègrent rapidement.
Le nombre de désintégrations enregistrées dans un échantillon radioactif par unité de temps est appelé activité (un ), ou la radioactivité de l'échantillon. La valeur d'activité est directement proportionnelle au nombre d'atomes N substance radioactive :
un =λ· N , (3.2.1)
Où λ – constante de désintégration radioactive, [sec-1].
Actuellement, selon l'actuel Système international d'unités SI, l'unité de mesure de la radioactivité est becquerel [BK]. Cette unité tire son nom du scientifique français Henri Becquerel, qui a découvert le phénomène de radioactivité naturelle de l'uranium en 1856. Un becquerel équivaut à une désintégration par seconde 1 BK = 1 .
Cependant, l'unité d'activité non système est encore souvent utilisée – curie [Ki], introduit par les Curie comme mesure du taux de désintégration d'un gramme de radium (dans lequel ~3,7 1010 désintégrations se produisent par seconde), donc
1 Ki= 3,7·1010 BK.
Cet appareil est pratique pour évaluer l'activité de grandes quantités de radionucléides.
La diminution de la concentration des radionucléides au fil du temps suite à la désintégration obéit à une relation exponentielle :
, (3.2.2)
Où N t– le nombre d'atomes d'un élément radioactif restant après un certain temps t après le début de l'observation ; N 0 – nombre d’atomes à l’instant initial ( t =0 ); λ – constante de désintégration radioactive.
La dépendance décrite est appelée loi fondamentale de la désintégration radioactive .
Le temps pendant lequel la moitié de la quantité totale de radionucléides se désintègre est appelé demi-vie T½ . Après une demi-vie, sur 100 atomes de radionucléides, il n'en reste que 50 (Fig. 2.1). Au cours de la période similaire suivante, il ne reste plus que 25 de ces 50 atomes, et ainsi de suite.
La relation entre la demi-vie et la constante de désintégration est dérivée de l'équation de la loi fondamentale de la désintégration radioactive :
à t=T½ Et
on a https://pandia.ru/text/80/150/images/image006_47.gif" width="67" height="41 src="> Þ ;
https://pandia.ru/text/80/150/images/image009_37.gif" width="76" height="21"> ;
c'est-à-dire.gif" width="81" height="41 src=">.
Par conséquent, la loi de la désintégration radioactive peut s’écrire comme suit :
https://pandia.ru/text/80/150/images/image013_21.gif" width="89" height="39 src=">, (3.2.4)
Où à – activité du médicament au fil du temps t ; un0 – l'activité du médicament au moment initial de l'observation.
Il est souvent nécessaire de déterminer l’activité d’une quantité donnée d’une substance radioactive.
N'oubliez pas que l'unité de quantité d'une substance est la taupe. Une mole est la quantité d'une substance contenant le même nombre d'atomes que celui contenu dans 0,012 kg = 12 g de l'isotope du carbone 12C.
Une mole de n'importe quelle substance contient le nombre d'Avogadro N / A. atomes :
N / A. = 6,02·1023 atomes.
Pour substances simples(éléments) la masse d'une mole correspond numériquement à la masse atomique UN élément
1mole = UN G.
Par exemple : Pour le magnésium : 1 mol 24Mg = 24 g.
Pour le 226Ra : 1 mol de 226Ra = 226 g, etc.
Compte tenu de ce qui a été dit dans m les grammes de la substance seront N atomes :
https://pandia.ru/text/80/150/images/image015_20.gif" width="156" height="43 src="> (3.2.6)
Exemple : Calculons l'activité de 1 gramme de 226Ra, ce qui λ = 1,38·10-11 sec-1.
un= 1,38·10-11·1/226·6,02·1023 = 3,66·1010 Bq.
Si un élément radioactif est inclus dans la composition composé chimique, alors lors de la détermination de l'activité d'un médicament, il est nécessaire de prendre en compte sa formule. Compte tenu de la composition de la substance, il est déterminé fraction massique χ radionucléide dans une substance, qui est déterminé par le rapport :
https://pandia.ru/text/80/150/images/image017_17.gif" width="118" height="41 src=">
Exemple de solution de problème
Condition:
Activité A0 l'élément radioactif 32P par jour d'observation est de 1000 BK. Déterminez l'activité et le nombre d'atomes de cet élément après une semaine. Demi-vie T½ 32P = 14,3 jours.
Solution:
a) Retrouvons l'activité du phosphore-32 après 7 jours :
https://pandia.ru/text/80/150/images/image019_16.gif" width="57" height="41 src=">
Répondre: après une semaine, l'activité du médicament 32P sera de 712 Bk, et le nombre d'atomes de l'isotope radioactif 32P est de 127,14·106 atomes.
Questions de contrôle
1) Quelle est l’activité d’un radionucléide ?
2) Nommez les unités de radioactivité et la relation entre elles.
3) Quelle est la constante de désintégration radioactive ?
4) Définir la loi fondamentale de la désintégration radioactive.
5) Qu’est-ce que la demi-vie ?
6) Quelle est la relation entre l'activité et la masse d'un radionucléide ? Écrivez la formule.
Tâches
1. Calculer l'activité 1 g 226Ra. T½ = 1602 ans.
2. Calculer l'activité 1 g 60Co. T½ = 5,3 ans.
3. Une coque de char M-47 contient 4,3 kg 238U. Т½ = 2,5·109 ans. Déterminez l’activité du projectile.
4. Calculer l'activité du 137Cs après 10 ans, si au moment initial de l'observation elle est égale à 1000 BK. T½ = 30 ans.
5. Calculez l'activité du 90Sr il y a un an si elle est actuellement égale à 500 BK. T½ = 29 ans.
6. Quel genre d’activité vais-je créer ? kg radio-isotope 131I, T½ = 8,1 jours ?
7. À l'aide des données de référence, déterminez l'activité 1 g 238U. Т½ = 2,5·109 ans.
À l'aide des données de référence, déterminez l'activité 1 g 232Th, Т½ = 1,4·1010 ans.
8. Calculez l'activité du composé : 239Pu316O8.
9. Calculer la masse d'un radionucléide d'activité 1 Ki:
9.1. 131I, T1/2=8,1 jours ;
9.2. 90Sr, T1/2=29 ans ;
9.3. 137Cs, Т1/2=30 ans ;
9.4. 239Pu, Т1/2=2,4·104 ans.
10. Déterminer la masse 1 mCi isotope radioactif du carbone 14C, T½ = 5560 ans.
11. Il est nécessaire de préparer une préparation radioactive de phosphore 32P. Au bout de combien de temps restera-t-il 3 % du médicament ? Т½ = 14,29 jours.
12. Le mélange naturel de potassium contient 0,012 % de l'isotope radioactif 40K.
1) Déterminer la masse de potassium naturel, qui contient 1 Ki 40K. Т½ = 1,39·109 ans = 4,4·1018 sec.
2) Calculez la radioactivité du sol en utilisant 40K, si l'on sait que la teneur en potassium dans l'échantillon de sol est de 14 kg/t.
13. Combien de demi-vies sont nécessaires pour que l'activité initiale d'un radio-isotope diminue à 0,001 % ?
14. Pour déterminer l'effet du 238U sur les plantes, les graines ont été trempées dans 100 ml solution UO2(NO3)2 · 6H2O, dans laquelle la masse de sel radioactif était de 6 g. Déterminer l'activité et l'activité spécifique du 238U en solution. Т½ = 4,5·109 années.
15. Identifiez l’activité 1 grammes 232Th, Т½ = 1,4·1010 ans.
16. Déterminer la masse 1 Ki 137Cs, Т1/2=30 ans.
17. Le rapport entre la teneur en isotopes stables et radioactifs du potassium dans la nature est une valeur constante. Le contenu 40K est de 0,01%. Calculez la radioactivité du sol en utilisant 40K, si l'on sait que la teneur en potassium dans l'échantillon de sol est de 14 kg/t.
18. Radioactivité lithogène environnement se forme principalement à cause de trois principaux radionucléides naturels : 40K, 238U, 232Th. La proportion d'isotopes radioactifs dans la somme naturelle des isotopes est respectivement de 0,01, 99,3 et ~100. Calculer la radioactivité 1 T sol, si l'on sait que la teneur relative en potassium dans l'échantillon de sol est de 13 600 g/t, uranium – 1·10-4 g/t, thorium – 6·10-4 g/t.
19. 23 200 ont été trouvés dans les coquilles de mollusques bivalves Bq/kg 90Sr. Déterminer l'activité des échantillons après 10, 30, 50, 100 ans.
20. La principale pollution des réservoirs fermés de la zone de Tchernobyl a eu lieu au cours de la première année après l'accident de la centrale nucléaire. Dans les sédiments du fond du lac. Azbuchin a découvert en 1999 du 137Cs avec une activité spécifique de 1,1,10 Bq/m2. Déterminer la concentration (activité) de 137Cs tombé par m2 de sédiments de fond en 1986-1987. (Il y a 12 ans).
21. 241Am (T½ = 4,32·102 ans) est formé à partir de 241Pu (T½ = 14,4 ans) et est un migrateur géochimique actif. Prendre l'avantage Matériel de référence, calculez avec une précision de 1% la diminution de l'activité du plutonium-241 au fil du temps, au cours de quelle année après Catastrophe de Tchernobyl la formation de 241Am dans l’environnement sera maximale.
22. Calculez l'activité du 241Am dans les émissions du réacteur de Tchernobyl en avril
2015, sachant qu'en avril 1986 l'activité de 241Am était de 3,82 1012 Bk,Т½ = 4,32·102 ans.
23. 390 ont été trouvés dans des échantillons de sol nCi/kg 137Cs. Calculez l'activité des échantillons après 10, 30, 50, 100 ans.
24. Concentration moyenne de pollution du lit du lac. Glubokoye, situé dans la zone d'exclusion de Tchernobyl, est 6,3 104 BK 241Am et 7,4·104 238+239+240Pu pour 1 m2. Calculez en quelle année ces données ont été obtenues.
Le mot rayonnement, traduit de l'anglais « rayonnement » signifie rayonnement et est utilisé non seulement en relation avec la radioactivité, mais aussi avec un certain nombre d'autres. phénomènes physiques, Par exemple: radiation solaire, rayonnement thermique, etc. Ainsi, en ce qui concerne la radioactivité, la CIPR (Commission Internationale sur protection contre les radiations) et les Normes de radioprotection définissent la notion de « rayonnement ionisant ».
rayonnement ionisant ( RAYONNEMENT IONISANT)?
Les rayonnements ionisants sont des rayonnements (électromagnétiques, corpusculaires) qui, lorsqu'ils interagissent avec une substance, provoquent directement ou indirectement l'ionisation et l'excitation de ses atomes et molécules. L'énergie des rayonnements ionisants est suffisamment élevée pour que, lorsqu'ils interagissent avec la matière, ils créent une paire d'ions de signes différents, c'est-à-dire ioniser le milieu dans lequel sont tombées ces particules ou rayons gamma.
Les rayonnements ionisants sont constitués de particules chargées et non chargées, qui comprennent également des photons.
Qu'est-ce que la radioactivité ?
Radioactivité - transformation spontanée noyaux atomiques dans les noyaux d'autres éléments. Accompagné de rayonnements ionisants. Il existe quatre types connus de radioactivité :
- désintégration alpha - une transformation radioactive d'un noyau atomique au cours de laquelle une particule alpha est émise ;
- la désintégration bêta est une transformation radioactive d'un noyau atomique dans laquelle des particules bêta, c'est-à-dire des électrons ou des positrons, sont émises ;
- fission spontanée des noyaux atomiques - fission spontanée des noyaux atomiques lourds (thorium, uranium, neptunium, plutonium et autres isotopes des éléments transuraniens). Les demi-vies des noyaux spontanément fissiles vont de quelques secondes à 1 020 pour le Thorium-232 ;
- La radioactivité protonique est une transformation radioactive d'un noyau atomique dans lequel des nucléons (protons et neutrons) sont émis.
Que sont les isotopes ?
Les isotopes sont des variétés d'atomes du même élément chimique qui ont des nombres de masse différents, mais ont le même charge électrique noyaux atomiques et occupent donc dans le tableau périodique des éléments D.I. Mendeleev a la même place. Par exemple : 55Cs131, 55Cs134m, 55Cs134, 55Cs135, 55Cs136, 55Cs137. Il existe des isotopes stables (stables) et des isotopes instables - ceux qui se désintègrent spontanément par désintégration radioactive, les soi-disant isotopes radioactifs. Environ 250 isotopes radioactifs stables et environ 50 naturels sont connus. Un exemple d'isotope stable est le Pb206, le Pb208, qui est le produit de désintégration final des éléments radioactifs U235, U238 et Th232.
APPAREILS POUR mesurer le rayonnement et la radioactivité.
Pour mesurer les niveaux de rayonnement et la teneur en radionucléides sur divers objets, des instruments de mesure spéciaux sont utilisés :
- pour mesurer le débit de dose d'exposition aux rayonnements gamma, aux rayons X, à la densité de flux des rayonnements alpha et bêta, aux neutrons, des dosimètres à diverses fins sont utilisés ;
- Pour déterminer le type de radionucléide et son contenu dans les objets environnementaux, des voies spectrométriques sont utilisées, composées d'un détecteur de rayonnement, d'un analyseur et d'un ordinateur personnel doté d'un programme approprié pour traiter le spectre de rayonnement.
Actuellement, vous pouvez en acheter différents types dans les magasins. radiomètres de différents types, objectifs et avec de larges capacités. A titre d'exemple, voici plusieurs modèles d'appareils les plus appréciés dans les activités professionnelles et domestiques :
Dosimètre-radiomètre professionnel, a été conçu pour contrôle des radiations billets de banque par les caissiers de banque, afin de se conformer à « l'Instruction de la Banque de Russie du 4 décembre 2007 N 131-I « Sur la procédure d'identification, de stockage temporaire, d'annulation et de destruction des billets présentant une contamination radioactive ».
Meilleur dosimètre domestique d'un fabricant leader, ce radiomètre portable a fait ses preuves au fil du temps. Grâce à sa facilité d'utilisation, sa petite taille et son prix bas, les utilisateurs l'ont qualifié de populaire et le recommandent à leurs amis et connaissances sans crainte de recommandation.
SRP-88N (radiomètre de recherche à scintillation) - un radiomètre professionnel conçu pour rechercher et détecter des sources de rayonnement photonique. Il dispose d'indicateurs numériques et à cadran, de la possibilité de régler le seuil d'alarme, ce qui facilite grandement le travail lors de l'inspection des territoires, du contrôle de la ferraille, etc. L'unité de détection est déportée. Un cristal à scintillation NaI est utilisé comme détecteur. Alimentation autonome 4 éléments F-343.
DBG-06T - conçu pour mesurer le débit de dose d'exposition (EDR) du rayonnement photonique. La source d'alimentation est un élément galvanique de type « Corindon ».
DRG-01T1 - conçu pour mesurer le débit de dose d'exposition (EDR) du rayonnement photonique.
DBG-01N - conçu pour détecter la contamination radioactive et évaluer le niveau de puissance de la dose équivalente de rayonnement photonique à l'aide d'une alarme sonore. La source d'alimentation est un élément galvanique de type « Corindon ». Plage de mesure de 0,1 mSv*h-1 à 999,9 mSv*h-1
RKS-20.03 « Pripyat » - conçu pour surveiller la situation radiologique dans les lieux de résidence, de séjour et de travail.
Les dosimètres permettent de mesurer :
- l'ampleur du fond gamma externe ;
- niveaux de contamination radioactive des locaux résidentiels et publics, du territoire et de diverses surfaces
- la teneur totale en substances radioactives (sans déterminer la composition isotopique) dans les aliments et autres objets environnementaux (liquides et en vrac)
- niveaux de contamination radioactive des locaux résidentiels et publics, du territoire et de diverses surfaces ;
- la teneur totale en substances radioactives (sans déterminer la composition isotopique) dans les aliments et autres objets environnementaux (liquides et en vrac).
Comment choisir un radiomètre et d'autres instruments de mesure des rayonnements que vous pouvez lire dans l'article " Dosimètre domestique et indicateur de radioactivité. comment choisir?"
Quels types de rayonnements ionisants existe-t-il ?
Types de rayonnements ionisants. Les principaux types de rayonnements ionisants que nous rencontrons le plus souvent sont :
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Bien sûr, il existe d'autres types de rayonnements (neutrons), mais on les rencontre dans Vie courante beaucoup moins souvent. La différence entre ces types de rayonnements réside dans leurs caractéristiques physiques, leur origine, leurs propriétés, leur radiotoxicité et leurs effets néfastes sur les tissus biologiques.
Les sources de radioactivité peuvent être naturelles ou artificielles. Sources naturelles Les rayonnements ionisants sont des éléments radioactifs naturels présents dans la croûte terrestre et créer du naturel rayonnement de fond, il s'agit d'un rayonnement ionisant qui nous parvient de l'espace. Plus une source est active (c'est-à-dire plus d'atomes se désintègrent par unité de temps), plus elle émet de particules ou de photons par unité de temps.
Les sources artificielles de radioactivité peuvent contenir des substances radioactives produites spécifiquement dans des réacteurs nucléaires ou qui sont des sous-produits de réactions nucléaires. Divers appareils physiques à électrovide, accélérateurs de particules chargées, etc. peuvent être des sources artificielles de rayonnements ionisants. Par exemple : un tube image de télévision, un tube à rayons X, un kénotron, etc.
Les principaux fournisseurs de radium 226 dans l'environnement sont des entreprises engagées dans l'extraction et la transformation de diverses matières fossiles :
- extraction et transformation minerais d'uranium;
- Pétrole et gaz ; industrie du charbon;
- industrie des matériaux de construction;
- entreprises du secteur de l'énergie, etc.
Le radium 226 se prête bien à la lixiviation des minéraux contenant de l'uranium ; cette propriété explique la présence de quantités importantes de radium dans certains types d'eaux souterraines (eau de radon utilisée en pratique médicale) et dans les eaux de mine. La teneur en radium des eaux souterraines varie de quelques milliers à plusieurs dizaines de milliers de Bq/l. Teneur en radium en surface eaux naturelles nettement inférieure et peut varier de 0,001 à 1-2 Bq/l. Un composant essentiel de la radioactivité naturelle est le produit de désintégration du radium-226 - radium-222 (Radon). Radon- un gaz inerte et radioactif, isotope de l'émanation à vie la plus longue (demi-vie 3,82 jours)*, émetteur alpha. Il est 7,5 fois plus lourd que l'air, il s'accumule donc principalement dans les caves, sous-sols, rez-de-chaussée des immeubles, dans les chantiers miniers, etc. * - émanation - propriété des substances contenant des isotopes du radium (Ra226, Ra224, Ra223), de libérer des émanations (gaz inertes radioactifs) formées lors de la désintégration radioactive.
On estime que jusqu'à 70 % effets nuisibles sur la population est associé au radon dans les immeubles d'habitation (voir schéma). Les principales sources de radon pénétrant dans les bâtiments résidentiels sont (à mesure que leur importance augmente) :
- eau du robinet et gaz domestique ;
- matériaux de construction (pierre concassée, argile, laitier, cendre, etc.) ;
- sol sous les bâtiments.
Le radon se propage de manière extrêmement inégale dans les profondeurs de la Terre. Il se caractérise par son accumulation dans les perturbations tectoniques, où il pénètre par des systèmes de fissures provenant des pores et des microfissures des roches. Il pénètre dans les pores et les fissures par le processus d'émanation, se formant dans la substance des roches lors de la désintégration du radium 226.
L'émission de radon du sol est déterminée par la radioactivité des roches, leur émanation et leurs propriétés de réservoir. Ainsi, les roches relativement faiblement radioactives, les fondations des bâtiments et des structures peuvent présenter un plus grand danger que les roches plus radioactives si elles sont caractérisées par une forte émanation ou si elles sont coupées par des perturbations tectoniques qui accumulent du radon. Grâce à une sorte de « respiration » de la Terre, le radon s'échappe des roches dans l'atmosphère. De plus, dans les plus grandes quantités- des zones où se trouvent des réservoirs de radon (déplacements, fissures, failles, etc.), c'est-à-dire perturbations géologiques. Nos propres observations de la situation radiologique dans les mines de charbon du Donbass ont montré que dans les mines caractérisées par des conditions minières et géologiques complexes (présence de multiples failles et fissures dans les roches hôtes du charbon, teneur élevée en eau, etc.), en règle générale, la concentration de radon dans l'air des chantiers miniers dépasse largement les normes établies.
La construction de bâtiments résidentiels et publics directement au-dessus des failles et des fissures des roches, sans détermination préalable des émissions de radon du sol, conduit au fait que l'air souterrain contenant de fortes concentrations de radon y pénètre depuis les entrailles de la Terre, qui s'accumule dans le l'air intérieur et crée un risque de rayonnement.
La radioactivité artificielle résulte de l'activité humaine au cours de laquelle se produisent la redistribution et la concentration des radionucléides. À radioactivité artificielle Cela inclut l'extraction et le traitement des minéraux, la combustion du charbon et des hydrocarbures, l'accumulation de déchets industriels et bien plus encore. Les niveaux d'exposition humaine à divers facteurs technogéniques sont illustrés dans le diagramme 2 (A.G. Zelenkov « Exposition humaine comparative à diverses sources de rayonnement », 1990).
Que sont les « sables noirs » et quel danger représentent-ils ?
Les sables noirs sont le minéral monazite - un phosphate anhydre d'éléments du groupe du thorium, principalement le cérium et le lanthane (Ce, La)PO4, qui sont remplacés par le thorium. La monazite contient jusqu'à 50 à 60 % d'oxydes d'éléments de terres rares : oxyde d'yttrium Y2O3 jusqu'à 5 %, oxyde de thorium ThO2 jusqu'à 5 à 10 %, parfois jusqu'à 28 %. La densité spécifique de la monazite est de 4,9 à 5,5. Avec une augmentation de la teneur en thorium, le poids augmente. On le trouve dans les pegmatites, parfois dans les granites et les gneiss. Lorsque les roches comprenant la monazite sont détruites, elles s’accumulent dans les placers, qui sont de vastes gisements.
De tels dépôts sont également observés dans le sud Région de Donetsk.
En règle générale, les placements de sables monazites situés sur terre ne modifient pas de manière significative la situation actuelle des radiations. Mais les gisements de monazite situés près de la bande côtière de la mer d'Azov (dans la région de Donetsk) créent un certain nombre de problèmes, notamment avec le début de la saison de baignade.
Le fait est qu'en raison des vagues de la mer pendant la période automne-printemps, une quantité importante de « sable noir » s'accumule sur la côte en raison de la flottation naturelle, caractérisée par une teneur élevée en thorium-232 (jusqu'à 15 -20 000 Bq*kg-1 et plus), ce qui crée des niveaux de rayonnement gamma d'environ 300 microR*h-1 ou plus dans les zones locales. Naturellement, se reposer dans de telles zones est risqué, c'est pourquoi ce sable est collecté chaque année, des panneaux d'avertissement sont installés et certaines zones de la côte sont fermées. Mais tout cela n’empêche pas une nouvelle accumulation de « sable noir ».
Permettez-moi d'exprimer mon point de vue personnel sur cette question. La raison qui a contribué à l'enlèvement du « sable noir » sur la côte pourrait être le fait que les dragues travaillent constamment sur le chenal du port maritime de Marioupol pour dégager le chenal de navigation. Les terres soulevées du fond du canal sont déversées à l'ouest du canal de navigation, à 1-3 km de la côte (voir carte de localisation des dépotoirs), et avec de fortes vagues de mer, avec un élan sur sur la bande côtière, les sols contenant du sable monazite sont transportés vers la côte, où ils s'enrichissent et s'accumulent. Cependant, tout cela nécessite une vérification et une étude minutieuses. Et si tel est le cas, il pourrait alors être possible de réduire l’accumulation de « sable noir » sur la côte simplement en déplaçant la décharge de terre vers un autre endroit.
Règles de base pour effectuer des mesures dosimétriques.
Lors de la réalisation de mesures dosimétriques, il est tout d'abord nécessaire de respecter scrupuleusement les recommandations énoncées dans la documentation technique de l'appareil.
Lors de la mesure du débit de dose d'exposition au rayonnement gamma ou de la dose équivalente de rayonnement gamma, les règles suivantes doivent être respectées :
- lors de la réalisation de mesures dosimétriques, si elles sont censées être effectuées en continu dans le but de surveiller la situation radiologique, il est nécessaire de respecter strictement la géométrie de la mesure ;
- pour augmenter la fiabilité des résultats de la surveillance radiologique, plusieurs mesures sont effectuées (mais pas moins de 3) et la moyenne arithmétique est calculée ;
- lors de la réalisation de mesures sur le territoire, sélectionner des zones éloignées des bâtiments et des structures (2-3 hauteurs) ; - les mesures sur le territoire sont effectuées à deux niveaux, à une hauteur de 0,1 et 1,0 m du sol ;
- lors des mesures dans des locaux résidentiels et publics, les mesures sont prises au centre de la pièce à une hauteur de 1,0 m du sol.
Lors de la mesure des niveaux de contamination par radionucléides de diverses surfaces, il est nécessaire de placer le capteur à distance ou l'appareil dans son ensemble, s'il n'y a pas de capteur à distance, dans un sac en plastique (pour éviter une éventuelle contamination) et d'effectuer la mesure à la distance la plus proche possible de la surface mesurée.
Grandeurs physiques de base utilisées en radioprotection et leurs unités
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Quantité physique |
Relation entre les unités |
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Systèmes SI |
non systémique |
Systèmes SI et non systémiques |
non systémique et dans le système SI |
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Activité nucléide dans une source radioactive. Exprime le nombre de désintégrations par unité de temps. |
Becquerel (Bq, Vq) |
Curie (Ci, Cu) |
1 Bq = 1 disposition en s, 1 Bq = 2,7 10 -11 Ci |
1 Ci = 3,7 · 10 · 10 Bq |
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Activité spécifique. |
Becquerel par kilogramme (Bq/kg). |
Curie par kilogramme (Ci/kg). |
1 Bq/kg = 2,7 10 -11 Ci/kg |
1 Ci/kg = 3,7 10 10 Bq/kg |
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Dose de rayonnement absorbée. La quantité d'énergie des rayonnements ionisants, |
Gris (Gr, Gy). |
Heureux (rad, rad). |
1 Gy = 1 J/kg ; 1 Gy = 100 rads ; 1 J = 10 5 rad/g |
1 rad = 100 erg/g = 0,01 Gy = 10 2 J/kg = 10 -2 Gy ; 1 rad/g |
Suite du tableau. 1.4.
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Quantité physique |
Nom et désignation de l'unité |
Relation entre les unités |
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Systèmes SI |
non systémique |
Systèmes SI et non systémiques |
non systémique et dans le système SI |
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absorbé par une unité de masse d'un corps physique, par exemple par les tissus corporels. | ||||
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Équivalent de dose. Dose absorbée multipliée par un coefficient prenant en compte le risque radiologique inégal différents types rayonnements ionisants (voir tableau 1.6). |
Sievert (3v, Sv). |
Rem (rem, rem). |
1Sv = 1Gy = 1 J/kg = 100 rem (pour les rayonnements β et γ) ; 1 Sv = 2,58 10 -4 C/kg. |
1 rem = 0,01 Sv = 10 mSv. |
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Dose efficace (équivalent efficace). Somme des doses équivalentes moyennes en divers organes ou tissus, pondérés par des coefficients tenant compte de la sensibilité différente des organes et tissus à la survenue de |
Sievert (3v, Sv). |
Rem (rem, rem). |
1Sv = 1Gy = 1 J/kg = 100 rem (pour les rayonnements β et γ). |
1 rem = 0,01 Sv = 10 mSv. |
Suite du tableau. 1.4.
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Quantité physique |
Nom et désignation de l'unité |
Relation entre les unités |
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Systèmes SI |
non systémique |
Systèmes SI et non systémiques |
non systémique et dans le système SI |
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effets stochastiques de l’exposition radioactive (voir tableau 1.7). | ||||||||
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Dose d'exposition radiation. Rapport de la charge totale de tous les ions de même signe, résultant de la décélération complète des électrons et des positons formés par les photons dans un volume élémentaire d'air, à la masse d'air dans ce volume. |
Pendentif par kilogramme (C/kg) |
Radiographie (R) |
1 C/kg = 3876 R = 3,88 10 3 R. |
1 P = 2,58 10 -4 C/kg |
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Débit de dose exposition- dose reçue par l'organisme par unité de temps. |
Gris par seconde (Gy/s = J/kg s = W/kg) ; Sievert par seconde (Sv/s), Ampère par kilogramme (A/kg). |
Rad par seconde (rad/s), Rem par seconde (rem/s), Roentgen par seconde (R/s). |
1 Gy/s = 100 rad/s, 1 Gy/s=1 Sv/s = 100 R/s (pour les rayonnements β et γ) ; 1 Sv/s = 100 rem/s 1 A/kg = 3876 R/s. |
1 rad/s = 0,01 Gy/s, 100R/s = 1 3v/s=1 µGy/s. |
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Suite du tableau. 1.4.
absorbe 1 joule (J) d’énergie. 1 Gy = 1 J/kg = 2,388 10 -4 kcal/kg = 6,242 10 15 eV/g = 10 4 erg/g = 100 rad.
L'énergie des particules est mesurée en électronvolts (eV). Un électron-volt est l'énergie qu'un électron acquiert sous l'influence d'un champ électrique avec une différence de potentiel (tension) de 1 volt.
1 eV = 1,6 10 -12 erg = 1,6 10 -19 joule = 3,83 10 -20 calories
Sur la base des rapports : 1 J = 0,239 cal = 6,25 10 18 électrons volts = 10 7 erg,
1 content = 10 -2 J/kg = 100 erg/g= 0,01 Gy = 2,388× 10 -6 calories/g
Les unités multiples de dose absorbée sont le kilogray (1 kGy = 1 Gy 10 3), le milligray (1 mGy = 1 Gy 10 -3). Le principe de formation de plusieurs unités de mesure des rayonnements ionisants est présenté dans le tableau. 1.5.
L'énergie absorbée est consommée sur le chauffage d'une substance, ainsi que sur ses transformations chimiques et physiques. Elle augmente avec la durée d'irradiation et dépend de la composition de la substance, du type de rayonnement (rayonnement de rayons X, flux de neutrons, etc.), de l'énergie de ses particules, de leur densité de flux et de la composition de la substance irradiée. Par exemple, pour les rayons X et les rayons γ, cela dépend du numéro atomique (Z) des éléments qui composent la substance.
La nature de cette dépendance est déterminée énergie photonique, en fonction de la fréquence des oscillations électromagnétiques – hv Dans cette formule : h - constantePlanche; introduit par M. Planck en 1900 sous
établissant la loi de répartition de l'énergie dans le spectre de rayonnement d'un corps absolument noir. La plupart valeur exacte h = (6,626196 ± 0,000050) 10 -34 joules s = (6,626196 ± 0,000050) 10 -27 erg s. Cependant, h = h/2π est plus souvent utilisé = (1,0545919 ± 0,0000080) 10 -27 ergs , aussi appelé constante de Planck, et v est la fréquence des oscillations électromagnétiques.
À la suite de telles interactions, les processus physiologiques dans les tissus biologiques sont perturbés et, dans certains cas, un mal des rayons plus ou moins grave se développe. La dose de rayonnement absorbée est la principale grandeur physique qui détermine le degré d’exposition aux rayonnements.
Débit de dose absorbée– incrément de dose par unité de temps. Elle se caractérise par la vitesse à laquelle la dose de rayonnement s'accumule et peut augmenter ou diminuer avec le temps. Son unité SI est le gris par seconde (Gy/s). Il s’agit du débit de dose de rayonnement absorbé auquel une dose de rayonnement de 1 Gy est absorbée par une substance en 1 s. En pratique, pour estimer le débit de dose absorbée de rayonnement, une unité hors système de débit de dose absorbée est encore largement utilisée : rad par heure (rad/h) ou rad par seconde (rad/s). Cette dose peut être créée aussi bien après une irradiation externe qu'interne.L'un des premiers éléments radioactifs naturels découverts était le « radium » - émettant des rayons, rayonnant. Éducation de lui et des autres radionucléides naturels se produit lors du processus de transformations spontanées (désintégrations) de nucléides de la famille de l'uranium et du thorium. A titre d'exemple, nous montrons sur la Fig. 1.6 une chaîne de nombreuses transformations de radionucléides de la famille 238 U, accompagnées de rayonnements α ou β et se terminant par la formation d'un nucléide plomb stable.
Une personne reçoit la dose de rayonnement la plus élevée (50 %) provenant du radon-222 (222 Rn) et de ses dérivés - représentants de la famille 238 U (Fig. 1.6). 14% de la dose est créée par les rayons G du sol et des bâtiments, 12% par les aliments et boissons, 10% par les rayons cosmiques (exposition interne due aux radionucléides cosmogéniques : carbone-14 - 14 C (12 µSv/an), béryllium-7 - 7 Be (3 μSv/an), sodium–22 - 22 Na (0,2 μSv/an) et tritium - 3 H (0,01 μSv/an).
Dose externe absorbée- dose reçue par une personne à partir d'une source située en dehors du corps. Il représente près de 33 % de la dose totale de rayonnement et est créé par le flux de particules ou quanta provenant du sol et des bâtiments (principalement du potassium 40), du rayonnement cosmique et de sources anthropiques. Les résidents de Biélorussie reçoivent également des radiations supplémentaires dues aux radionucléides de Tchernobyl. 90 % de celui-ci est créé par le césium 137, 9 % par le strontium 90 et 1 % par les isotopes du plutonium. Après explosion nucléaire le rayonnement pénétrant est créé par un flux de rayons gamma et de neutrons émis dans les 10 à 25 secondes environ suivant le moment d'une explosion nucléaire.
Flux de rayons γ - photons (F) – le rapport du nombre de particules ionisantes (photons) dN traversant une surface donnée pendant un intervalle de temps dt sur cet intervalle : F = dN/dt. L'unité de mesure du flux de particules ionisantes est la particule/s (une particule par seconde).
Fluence (transfert) de particules ionisantes (photons)- le rapport du nombre de particules ionisantes (photons) dN pénétrant dans le volume d'une sphère élémentaire à la section centrale dS de cette sphère : Ф = dN/dS. L'unité de fluence des particules est particule/m2 (une particule par mètre carré).
Densité de flux des particules ionisantes (photons, φ)- le rapport du flux de particules ionisantes (photons) dF pénétrant dans le volume d'une sphère élémentaire à la section centrale dS de cette sphère : φ = dF/dS = dФ / dt = dN/dt dS. L'unité de densité de flux est la particule/s -1 m -2 (une particule ou quantum par seconde par mètre carré).
Lorsque ces photons (rayonnement gamma) traversent, un faisceau étroit et un faisceau large se distinguent. Géométrie faisceau étroit caractérisé par le fait que le détecteur enregistre uniquement le rayonnement non diffusé de la source. La géométrie à laquelle le détecteur enregistre le rayonnement non diffusé et diffusé est appelée faisceau large.
Dose spécifique absorbée (σ)– dose absorbée créée par le rayonnement à fluence = une particule par mètre carré : σ = D / F.
Dose interne absorbée- la dose reçue par tout organe du corps humain provenant d'une source de rayonnement située à l'intérieur du corps. Cette source d'exposition interne peut être une substance radioactive qui pénètre dans le corps par les intestins avec de la nourriture (nourriture et eau), par les poumons (lors de la respiration de l'air) et, dans une moindre mesure, par la peau, ou par des blessures ou des coupures, ainsi que lors de diagnostics médicaux radio-isotopiques. Les sources d'exposition interne peuvent être divisées en sources Origine de Tchernobyl(actuellement, la plupart de leur césium-137, strontium-90 et plutonium-239, 240 se trouvent dans les produits alimentaires) et origine naturelle. Ces derniers créent près de 67 % de la dose totale de rayonnement.
Source d'exposition interne reste dans le corps pendant un certain temps, pendant lequel il exerce son impact négatif. La durée de l'exposition est déterminée par la demi-vie de la source pénétrant dans l'organisme et par le temps nécessaire pour l'éliminer du corps. L’élimination des radionucléides de l’organisme est un phénomène très complexe. Il ne peut être décrit que grossièrement par le concept " demi-vie biologique" - le temps nécessaire pour que la moitié de la matière radioactive soit éliminée du corps.
Etat de la situation radiologique au sol ou dans la salle caractérise dose d'exposition. La dose d'exposition (au rayonnement photonique) est une caractéristique quantitative des rayons X et des rayonnements γ d'énergie allant jusqu'à 3 MeV, basée sur leur effet ionisant et exprimée comme le rapport de la charge totale de tous les ions de même signe dQ, résultant de la décélération complète des électrons et positons formés par les photons dans le volume élémentaire d'air, jusqu'à la masse dm d'air dans ce volume : X = dQ/dm. Il s'agit d'une caractéristique énergétique du rayonnement, évaluée par l'effet d'ionisation de l'air atmosphérique sec, et d'une mesure de l'effet d'ionisation du rayonnement photonique, déterminée par l'ionisation de l'air dans des conditions d'équilibre électronique.
L'unité SI de mesure de la dose d'exposition est pendentif par kilogramme (C/kg). L'unité non systémique de dose d'exposition est également largement utilisée - radiographie (R)(du nom du physicien allemand Wilhelm Conrad Roentgen, qui a découvert les rayons X en 1895) : un roentgen (1 R) – c'est la dose de rayonnement photonique sous l'influence de laquelle 1 cm 3 air sec dans des conditions normales (0°C et 760mm rt. St.) se forment des ions qui portent une unité électrostatique de la quantité d'électricité de chaque signe.
Une dose de 1 R correspond à la formation de 2,083 10 9 paires d'ions dans 1 cm 3 d'air (à 0°C et 760 mm Hg), soit 1,61 10 12 paires d'ions dans 1 g d'air. Si l'on tient compte du fait que la charge d'un électron est de 1,6 10 -19 coulombs et que la masse de 1 cm 3 d'air = 1,29 10 -6 kg, alors 1 R vaut 2,57976 10 -4 C/kg. À son tour, 1 C/kg = 3,876 10 3 R. Pour créer un tel nombre d'ions, il faut dépenser une énergie égale à 0,114 erg/cm 3 ou 88 erg/g, c'est-à-dire que 88 erg/g est l'équivalent énergétique d'un roentgen.
Les rapports entre les unités de mesure d'exposition et les doses absorbées sont : pour l'air 1 P = 0,88 rad, pour les tissus biologiques 1 P = 0,93 rad, 1 rad équivaut en moyenne à 1,44 R.
Débit de dose d'exposition– augmentation de la dose d'exposition par unité de temps. Son unité SI est l'ampère par kilogramme (A/kg).
1R/s = 2,58 10 -4 A/kg.
Dans la zone de l'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl, il existe des zones où la radioactivité du sol atteint 1 200 microroentgens par heure. Sur la base de la dose d'exposition, la dose absorbée de rayons X et de rayonnement gamma dans n'importe quelle substance peut être calculée. Pour ce faire, il est nécessaire de connaître la composition de la matière et l’énergie des photons de rayonnement.
Il ne faut pas oublier que, selon le GOST adopté, après le 1er janvier 1990. Il n'est pas du tout recommandé d'utiliser la notion de dose d'exposition et de sa puissance. Par conséquent, pendant la période de transition, ces quantités doivent être indiquées non pas en unités SI, mais en unités non systémiques - roentgens et roentgens par seconde (R/s).
Distingué comme une fois, donc permanent(chronique) exposition aux radiations. Impact ponctuel se produit dans des circonstances d'urgence, en particulier lors d'accidents, et est évalué par la dose absorbée. Permanent même impact, qui peuvent résulter de rejets réguliers de radioactivité dans l'air ou dans l'eau ou de la présence constante de radionucléides dans l'environnement, ont généralement un effet néfaste à long terme sur l'homme. Les radiations ont cet effet sur les personnes vivant sur des terres contaminées par des radionucléides après l'accident de Tchernobyl. Pour les évaluer doses de rayonnement utiliser des concepts tels que dose de rayonnement équivalente et efficace.
Dose de rayonnement équivalente- une grandeur utilisée pour évaluer le risque radiologique d'une exposition humaine chronique à divers types de rayonnements ionisants et déterminée la somme des produits des doses absorbées de types individuels de rayonnement et de leurs facteurs de qualité. On peut dire qu'il s'agit de la dose de rayonnement moyenne absorbée D dans un organe ou un tissu T, multipliée par le facteur de pondération du rayonnement W R (ou, comme on l'appelle aussi, le facteur de qualité du rayonnement - K, voir tableau 1.6) pour tissus biologiques de composition standard(10,1 % - hydrogène ; 11,1 % - carbone ; 2,6 % - azote ; 76,2 % - oxygène, en poids) :
H T, R = DW R. = Σ D T, R W R. ,
où R est l'indice du type et de l'énergie du rayonnement.
Facteur de qualité le rayonnement montre combien de fois l'effet biologique attendu du rayonnement étudié est supérieur à celui d'un rayonnement avec transfert d'énergie linéaire (LET) ≤ 3,5 keV par trajet de 1 μm dans l'eau. Pour différents rayonnements, le coefficient de pondération du rayonnement (W R) est fixé conformément aux « Normes de radioprotection - NRB-2000 » en fonction du transfert d'énergie linéaire (Tableau 1.5) :
Tableau 1.5
|
LET, keV/µm eau | |||||
Transfert d'énergie linéaire– LET (LET - Linear Energy Transfer) - l'intensité du transfert d'énergie (et, par conséquent, le niveau de dommage) par unité de distance parcourue. Par exemple, une particule α est classée comme rayonnement à LET élevé, tandis que les photons et les électrons sont classés comme rayonnement à faible LET.
Facteur de pondération du rayonnement W R.(facteur de qualité K) montre combien de fois le risque de rayonnement pour un certain type le rayonnement est supérieur au risque de rayonnement des rayons X à la même dose absorbée dans
Tableau 1.6
L'unité d'activité isotopique est le becquerel (Bq), égal à l'activité du nucléide dans une source radioactive dans laquelle un événement de désintégration se produit en 1 s.
1.2 Loi de la désintégration radioactive
Le taux de désintégration radioactive est proportionnel au nombre de noyaux N présents :
où λ est la constante de désintégration.
LnN = λt + const,
Si t = 0, alors N = N0 et donc const = -lg N0. Enfin
N = N0 e-λt (1)
où A est l'activité au temps t ; A0 – activité à t = 0.
Les équations (1) et (2) caractérisent la loi de la désintégration radioactive. En cinétique, on les appelle équations de réaction du premier ordre. La demi-vie T1/2 est généralement indiquée comme une caractéristique du taux de désintégration radioactive qui, comme λ, est une caractéristique fondamentale du processus qui ne dépend pas de la quantité de substance.
Demi-vie est la période de temps pendant laquelle une quantité donnée de substance radioactive est réduite de moitié.
Les demi-vies des différents isotopes varient considérablement. Cela va d’environ 1010 ans à d’infimes fractions de seconde. Bien entendu, les substances ont une demi-vie de 10 à 15 minutes. et les plus petits sont difficiles à utiliser en laboratoire. Les isotopes à très longue demi-vie sont également indésirables en laboratoire, car en cas de contamination accidentelle des objets environnants par ces substances, des travaux particuliers seront nécessaires pour décontaminer la pièce et les instruments.
2. Techniques d'analyse basées sur des mesures de radioactivité
2.1. Utilisation de la radioactivité naturelle en analyse
Les éléments naturellement radioactifs peuvent être quantifiés grâce à cette propriété. Ce sont U, Th, Ra, Ac, etc., soit plus de 20 éléments au total. Par exemple, le potassium peut être déterminé par sa radioactivité en solution à une concentration de 0,05 M. La détermination de divers éléments par leur radioactivité est généralement effectuée à l'aide d'un graphique d'étalonnage montrant la dépendance de l'activité sur la teneur (%) de l'élément déterminé ou par la méthode des ajouts.
Les méthodes radiométriques revêtent une grande importance dans le travail de prospection des géologues, par exemple dans l'exploration des gisements d'uranium.
2.2. Analyse d'activation
Lorsqu'ils sont exposés à des neutrons, des protons et d'autres particules à haute énergie, de nombreux éléments non radioactifs deviennent radioactifs. L'analyse d'activation repose sur la mesure de cette radioactivité. Bien qu’en principe n’importe quelle particule puisse être utilisée pour l’irradiation, la plupart importance pratique a un processus d’irradiation neutronique. L'utilisation de particules chargées à cette fin implique de surmonter des difficultés techniques plus importantes que dans le cas des neutrons. Les principales sources de neutrons pour l'analyse par activation sont le réacteur nucléaire et les sources dites portables (radium-béryllium, etc.). Dans ce dernier cas, les particules α résultant de la désintégration de tout élément α-actif (Ra, Rn, etc.) interagissent avec les noyaux de béryllium, libérant des neutrons :
9Be + 4He →12C + n
Les neutrons entrent réaction nucléaire avec les composants de l'échantillon analysé,
Par exemple
55Mn + n = 56Mn ou Mn (n,γ) 56Mn
Le 56Mn radioactif se désintègre avec une demi-vie de 2,6 heures :
55Mn → 56Fe + e-
Pour obtenir des informations sur la composition de l'échantillon, sa radioactivité est mesurée pendant un certain temps et la courbe obtenue est analysée. Lors de la réalisation d'une telle analyse, il est nécessaire de disposer de données fiables sur les demi-vies des différents isotopes afin de décrypter la courbe récapitulative.
Une autre option pour l’analyse d’activation est la méthode de spectroscopie gamma, basée sur la mesure du spectre de rayonnement gamma d’un échantillon. L'énergie du rayonnement γ est qualitative et le taux de comptage est caractéristiques quantitatives isotope. Les mesures sont effectuées à l'aide de spectromètres γ multicanaux équipés de compteurs à scintillation ou à semi-conducteurs. Il s’agit d’une méthode d’analyse beaucoup plus rapide et plus spécifique, bien que légèrement moins sensible, que l’analyse radiochimique.
Un avantage important de l’analyse d’activation est sa faible limite de détection. Avec son aide, jusqu'à 10-13 - 10-15 g de substance peuvent être détectés dans des conditions favorables. Dans certains cas particuliers, il a été possible d'atteindre des limites de détection encore plus basses. Par exemple, il est utilisé pour surveiller la pureté du silicium et du germanium dans l'industrie des semi-conducteurs, détectant une teneur en impuretés allant jusqu'à 10-8 - 10-9 %. Ce contenu ne peut être déterminé par aucune méthode autre que l’analyse d’activation. Dès réception éléments lourds tableau périodique, comme le mendelevium et le kurchatovium, les chercheurs ont pu compter presque tous les atomes de l'élément résultant.
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