Текст книги "Общая и военная гигиена"

К техногенным источникам ИИ относятся, прежде всего, предприятия ядерного топливного цикла, ядерное оружие, радиоизотопные приборы и потребительские товары, источники ИИ медицинского назначения.

Предприятия ядерного топливного цикла (ЯТЦ) играют ведущую роль в загрязнении биосферы радионуклидами. Несмотря на Чернобыльскую и ряд других аварий, в мире сохраняются устойчивые темпы развития ядерной энергетики, поскольку в ближайшей исторической перспективе реальных альтернативных источников энергии нет. Удельный вес атомных электростанций (АЭС) в мировой выработке электроэнергии составляет более 17 %, достигая в некоторых странах, в частности Франции, ~ 75 %. К этому следует добавить почти 600 ядерных энергетических установок (ЯЭУ), установленных на различных типах надводных и подводных кораблей ВМФ, судах гражданского флота, а также большое количество исследовательских, экспериментальных и других реакторов.

При всем разнообразии конструкций ядерных реакторов весь ЯТЦ включает три стадии – начальную, основную и заключительную, имеющие специфические особенности при оценке загрязнения биосферы радионуклидами и формировании радиационного фона.

Начальная стадия ЯТЦ – это добыча, переработка, обогащение, создание и транспортировка ядерного топлива. Сырьем для создания ядерного топлива является добываемая на рудниках урановая руда, из которой в заводских условиях вырабатывают урановый концентрат, служащий для изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), используемых в ядерных реакторах. Возможные при этом выбросы радиоактивных отходов, содержащих природные радионуклиды уранового ряда, обусловливают сравнительно небольшое облучение населения.

На основной стадии ЯТЦ – эксплуатации ядерных реакторов, получении ядерной энергии, превращении ее в энергию других видов и использовании – образуется большое количество искусственных радионуклидов, преимущественно короткоживущих, с чрезвычайно высокой суммарной активностью. К ним относятся продукты деления (осколки) ядер урана-235, урана-233, плутония-239, а также продукты активации, которые образуются в результате облучения нейтронами конструкционных материалов реактора и его рабочих сред.

Технологические системы объектов с ядерными реакторами сконструированы и эксплуатируются таким образом, чтобы обеспечить практически полную изоляцию биосферы от радиоактивных веществ (РВ), а возможные их утечки в окружающую среду свести до допустимых уровней. Поэтому при нормальных условиях эксплуатации реакторов радиоактивное загрязнение окружающей среды происходит фактически только за счет регламентированных выбросов газоаэрозольных отходов, в составе которых находятся радиоизотопы благородных (инертных) газов (криптона-85, -87, -88; ксенона-133, -135; аргона-41; йода-129, -131, -133, -135), а также тритий и углерод-14. Они выбрасываются в атмосферу через специальные газоотводные трубы высотой 100–150 м, благодаря чему эффективно разбавляются в воздухе. В результате этого дозовая нагрузка на население составляет менее 1 % от облучения за счет ЕРФ. Причем радиационная опасность АЭС для населения меньше, чем тепловых, поскольку на последних при сжигании органического топлива происходит концентрирование РВ, которые с пеплом и золой поступают в окружающую среду. Однако с развитием атомной энергетики, при продолжающихся сбросах радиоактивных отходов в окружающую среду, неизбежности возникновения аварий следует ожидать увеличения глобальных доз облучения населения.

Вместе с тем, при работе и особенно ремонте и перезарядке ЯЭУ образуется большое количество радиоактивных отходов. Вопросы безопасного обращения с ними (хранение, транспортировка, переработка и т. д.) представляют собой актуальную мировую проблему. В последние годы обострились проблемы, связанные с выводом из эксплуатации ЯЭУ, отработавших свой ресурс, попавших под сокращение в результате Договоров об ограничении стратегических вооружений (атомные подводные лодки) или после радиационных аварий. Трудность решения этой задачи заключается в том, что отработавшие свой срок ЯЭУ (25–30 лет) даже после удаления активной зоны реактора представляют собой мощные источники ИИ, а их утилизация предполагает сложное техническое обеспечение, требует больших финансовых затрат и не исключает радиоактивного загрязнения окружающей среды.

Основным источником радиоактивного загрязнения биосферы на заключительной стадии ЯТЦ являются отходы, образующиеся на радиохимических заводах по регенерации ядерного топлива для АЭС. В мировом масштабе примерно 10 % использовавшегося на АЭС ядерного топлива направляется на переработку для извлечения урана и плутония с целью повторного использования. В составе газоаэрозольных выбросов радиохимических заводов содержатся долгоживущие радионуклиды: криптон-85, углерод-14, йод-129 и тритий, которые обладают высокой степенью миграции, приводящей к их рассеянию в глобальном масштабе за время, меньшее периода полураспада. Другие присутствующие в выбросах долгоживущие радионуклиды, такие как стронций-90, цезий-137, изотопы трансурановых элементов обусловливают преимущественно местное и региональное загрязнение биосферы.

Ядерное оружие продолжает оставаться значимым техногенным источником ИИ, поскольку число стран, его обладателей, имеет тенденцию к увеличению, усложняя прогноз радиационной обстановки, а его подземные испытания проводятся до настоящего времени.

Загрязнение окружающей среды в результате испытаний атомного оружия обусловлено локальными (местными), тропосферными (из нижнего слоя атмосферы) и стратосферными (глобальными) выпадениями продуктов ядерного взрыва (ПЯВ). Радионуклиды, содержащиеся в крупных аэрозольных частицах, оседают в пределах нескольких сотен километров от места взрыва, образуя местные или локальные выпадения. Более мелкие аэрозольные частицы, попавшие в нижние слои тропосферы и находящиеся там в среднем 1 месяц, выпадают в виде осадков на расстоянии до нескольких тысяч километров от места взрыва. Аэрозольные частицы, инжектированные в стратосферу (слой атмосферы, находящийся на высоте 10–50 км) и пребывающие там в среднем до 2 лет (углерод-14 – более 7,5 лет), образуют радиоактивные выпадения глобального характера.

Продукты ядерных взрывов представлены примерно 200 радиоактивными изотопами. В локальных выпадениях ПЯВ важное гигиеническое значение приобретают короткоживущие радионуклиды, выход которых при реакции деления относительно велик, например стронций-89, йод-131, барий-140.

Большая часть загрязнения земного шара долгоживущими продуктами деления является результатом стратосферных выпадений после мощных термоядерных взрывов. Среди них наиболее значимы в гигиеническом отношении стронций-90, цезий-137 и ряд других изотопов. Попадание РВ на почву, в водоемы, непосредственно на поверхность растений и в дыхательные пути животных порождает сложные процессы миграции радионуклидов по пищевым цепочкам, сопровождающиеся, как правило, концентрированием радиоактивности в отдельных звеньях этих цепочек.

Радиоизотопные приборы и потребительские товары. Помимо радиоактивного загрязнения биосферы, обусловленного испытаниями ядерного оружия и атомной энергетикой, некоторую роль в этом процессе играют производство и эксплуатация многочисленных радиоизотопных приборов (РИПов). Последние широко используются в самых различных отраслях народного хозяйства для изучения технологических процессов, контроля и автоматизации производства, контроля качества продукции и т. п. Наиболее часто РИПы встречаются в виде дефектоскопов, уровнемеров, толщиномеров, интроскопов, влагомеров, блокирующих и счетных устройств, реле, индикаторов дыма в противопожарных системах и т. д. Их ежегодное производство достигает только в нашей стране многих десятков тысяч штук.

Другими источниками облучения населения являются многие потребительные товары. Во всем мире используется большое количество товаров широкого спроса, содержащих источники ИИ (часы, компасы, прицелы, электронная аппаратура и т. д.). Наиболее часто РВ используются для производства светосоставов постоянного действия (подсветка циферблатов и шкал приборов). Радионуклиды применяют в антистатических бытовых щетках для удаления пыли, дросселях флюоресцентных светильников, при изготовлении особо тонких оптических линз и ряде других устройств. В масштабах планеты они дают годовую КЭД, в 4 раза превышающую ту, что обусловлена утечками на АЭС.

Источниками побочного неиспользуемого («мягкого») рентгеновского излучения в бытовых условиях являются цветные телевизоры, дисплеи, мониторы и другая электронная аппаратура, где используются электровакуумные приборы с напряжением более 20 кВ.

Источники ИИ медицинского назначения. Радиационное воздействие на людей от многих техногенных источников ИИ часто имеет характер побочного, нежелательного явления. Однако в ряде случаев возникает необходимость осуществить преднамеренное облучение человека в интересах его здоровья, в частности, провести диагностические или лечебные процедуры с использованием ИИ. С этой целью применяются специально созданные устройства или рецептуры радиофармацевтических препаратов, которые выделяют в группу техногенных источников ИИ медицинского назначения, или медицинских источников ИИ.

Следует отметить, что термин «медицинское облучение» имеет весьма узкое значение. Оно относится только к облучению пациентов, назначенному им медицинскими специалистами с диагностической либо лечебной целью. Относительно персонала, который подвергается радиационному воздействию от медицинских источников ИИ при выполнении своих профессиональных обязанностей, этот термин не применяется.

Наибольший вклад в облучение пациентов приходится на рентгенодиагностику, которой подвергается большинство людей. Индивидуальные дозы при этом определяются физико-техническими параметрами аппаратуры, видом и частотой рентгенодиагностических исследований, квалификацией персонала и другими факторами.

Максимальные дозы облучения формируются при рентгеноскопии желудочно-кишечного тракта, спинного мозга, почек и мочевыводящих путей, при катетеризации сердца и других органов. При подобных исследованиях эквивалентные дозы на отдельные органы (в том числе гонады) могут достигать нескольких десятков миллизивертов.

Частой диагностической процедурой является радиоизотопное сканирование органа с целью выявления опухоли и определения ее характера (злокачественная или доброкачественная) по уровню обмена и накоплению радионуклидов в ней.

Рентгено-радиотерапевтические процедуры сопровождаются локальным облучением пациентов в очень больших дозах, особенно при лечении рака. При этом неизбежно некоторое облучение здоровых органов и тканей.

Использование источников ИИ в медицинских целях вносит более весомый вклад в облучение населения, чем техногенное повышение ЕРФ, однако возможный ущерб от него для населения Земли остается существенно меньшим, чем польза в виде ранней диагностики, своевременного и эффективного лечения ряда тяжелых заболеваний, а следовательно, увеличения продолжительности жизни людей. Что касается радиационного канцерогенеза от облучения в медицинских целях, то, согласно расчетам, его частота составляет 19 случаев на 1 млн человек в год при уровне смертности от спонтанного рака 1800–2000 случаев.

В то же время существующий риск для здоровья требует дальнейшего совершенствования применяемых в медицине радиационных технологий, аппаратуры, методов ее применения, оптимальной регламентации числа и вида процедур с целью снижения неблагоприятных стохастических эффектов. К проведению медицинских процедур с использованием источников ИИ, особенно профилактических, необходимо подходить взвешенно, профессионально, особенно в отношении населения, проживающего на радиоактивно загрязненной местности.

Изучение радиационной гигиены предполагает знание основ ядерной физики, особенностей взаимодействия ИИ с веществом, в частности с живой тканью. В радиационной гигиене используются особый понятийный аппарат, строгая терминология и специальные единицы измерения.

Атом состоит из ядра, расположенного в центре, вокруг которого находятся электронные оболочки, заполненные вращающимися электронами.

Атомное ядро представляет собой совокупность ядерных частиц – нуклонов, к которым относятся положительно заряженные протоны и электрически нейтральные нейтроны.

Протон (р) – устойчивая ядерная частица, несущая элементарный положительный заряд. Находясь вне ядра, протоны сохраняют стабильность и не испытывают превращений. Число протонов в ядре (Z) строго постоянно для атомов каждого данного элемента и соответствует порядковому номеру элемента в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Число протонов в ядре определяет число электронов в оболочке атома и, в конечном счете, – химические свойства элемента.

Нейтрон (n) – второй вид нуклонов. В отличие от протона нейтрон не несет заряда, т. е. электрически нейтрален. Нейтроны в ядрах стабильны, а в свободном состоянии неустойчивы. За каждые 11,7 мин половина данного числа нейтронов испытывает распад. При этом нейтрон, испуская электрон и антинейтрино и высвобождая некоторое количество энергии, превращается в протон.

Сумма числа протонов (Z) и нейтронов в ядре атома данного элемента называется его массовым числом (М). Оно близко к целочисленному значению атомного веса (атомной массы) элемента (А).

Оболочка атома образована элементарными частицами – электронами (е), имеющими массу примерно в 1840 раз меньше массы нуклонов и несущими один элементарный отрицательный заряд. Электроны вращаются на орбитах, которые группируются в определенные электронные слои, окружающие ядро, создавая его оболочку. Таких слоев может быть семь.

Соответственно числу электронных слоев в Периодической системе все элементы размещаются в семи периодах. Сумма отрицательных зарядов электронов оболочки уравновешивается равновеликим, но положительным зарядом ядра. Поэтому в невозбужденном состоянии атом в целом электрически нейтрален. Поскольку в каждом слое электроны имеют свой уровень энергии, то перескок отдельного электрона с орбиты на орбиту всегда связан с поглощением или высвобождением энергии.

Атомы, имеющие определенный состав и структуру ядра, называются нуклидами. Индивидуальность нуклида определяется зарядом ядра (числом протонов), но один и тот же элемент может иметь несколько разновидностей, которые различаются числом нейтронов и, следовательно, атомной массой, сохраняя при этом практически одинаковые химические свойства. Поскольку в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева все разновидности каждого данного элемента занимают одинаковое место, то их называют изотопами (от греч. isos – одинаковый + topos – место).

Таким образом, изотопы – это атомы одного и того же элемента, имеющие разные массовые числа. Для обозначения нуклида или изотопа слева сверху от химического символа элемента пишут атомную массу, а слева внизу – атомный номер:

Свойства химического элемента определяются внешними электронными оболочками. Если один или несколько электронов оторвать от электронной оболочки, приложив соответствующую энергию, произойдет ионизация атома. Обратный процесс образования нейтрального атома из двух разнополярных ионов называется рекомбинацией. В случае недостаточного для ионизации количества энергии электрон может переходить на более удаленную от ядра орбиту (оболочку); в этом случае атом называется возбужденным. Переход атома из нормального состояния в возбужденное, т. е. переход электрона с более низкого на более высокий уровень, сопровождается поглощением строго определенного количества энергии, равного разности соответствующих энергетических уровней. Возвращение электрона на исходный или переход его на более низкий уровень сопровождается испусканием атомом строго определенной энергии, соответствующей разности между начальным и конечным энергетическими уровнями. Теряемая атомом порция энергии выделяется в виде электромагнитных излучений (фотонов).

Вместе с тем, энергия взаимосвязи между нуклонами в ядре в миллионы раз превышает энергетическое взаимодействие между электронами и ядром, что обеспечивает высокую устойчивость ядра. Такое выраженное взаимодействие между нуклонами достигается за счет так называемых ядерных сил, величина которых на коротких расстояниях (в пределах размера ядра) достигает колоссальных значений и превышает влияние кулоновских сил отталкивания, действующих между одноименно заряженными частицами ядра (протонами). Поэтому многие нуклиды устойчивы, т. е. в отсутствие внешнего воздействия не претерпевают никаких превращений. Для того чтобы перевести ядро из основного состояния в возбужденное, необходимо затратить намного больше энергии, чем при подобном воздействии на атом в целом (имеются в виду электронные оболочки).

С ростом в ядре числа одноименно заряженных протонов действующие кулоновские силы отталкивания значительно возрастают. С другой стороны, энергия связи между нуклонами (ядерные силы) с увеличением атомного номера (размера ядра), ростом числа нейтральных нейтронов уменьшается. У элементов с атомным номером более 82 (свинец) ядерные силы притяжения уже не способны обеспечить полную устойчивость ядер. К тому же, в «тяжелых» ядрах все более увеличивается соотношение между количеством протонов и нейтронов в пользу последних (происходит как бы «разрыхление» ядра) и при превышении его в 1,6 раза стабильность ядер стремительно снижается. Неустойчивость нуклидов также повышается при недостатке нейтронов (при соотношении между нейтронами и протонами менее единицы). В связи с этим даже ядра атомов элементов, расположенных в начале и середине Периодической системы, могут становится неустойчивыми.

Таким образом, в зависимости от состава и энергетического состояния ядра нуклиды могут быть стабильными и нестабильными, иначе – радиоактивными. Ядра радиоактивных нуклидов (радионуклидов) неустойчивы, вследствие чего в них происходят сложные процессы – ядерные превращения, конечным результатом которых является образование стабильного нуклида той или иной разновидности. Совокупность таких ядерных превращений называется радиоактивным распадом, или радиоактивностью. При каждом акте распада высвобождается энергия, которая передается дальше в виде излучения того или иного вида. Иногда образовавшийся в ходе радиоактивного распада нестабильный нуклид оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; в этом случае происходит выброс порции «чистой», квантовой, энергии, которая не имеет своего материального носителя с четкими пространственными и весовыми характеристиками. Иногда ядро последовательно испускает ряд квантов энергии, каждый раз переходя в менее возбужденное состояние, пока не станет стабильным. Это явление получило название каскадного излучения. Переход ядра из возбужденного состояния в основное путем испускания фотонов, при котором не изменяется ни атомный номер, ни атомная масса (массовое число), называется изомерным переходом. Это явление также относится к радиоактивному распаду.

Радионуклиды по своему происхождению подразделяются на природные, или естественные (появившиеся на Земле при ее возникновении или образующиеся постоянно в ядерных реакциях под воздействием космического излучения), и искусственные (образующиеся из стабильных нуклидов при работе ядерных устройств – реакторов, ускорителей или в результате ядерных взрывов).

Типы ядерных превращений

К основным типам ядерных превращений относятся: альфа-распад, бета-распад, радиационный (нейтронный) захват, деление тяжелых ядер, синтез легких ядер. При альфа-распаде из ядра радионуклида выделяется α-частица, представляющая

собой ядро атома гелия (⁴Не), состоящее их двух протонов и двух нейтронов, с образованием нового стабильного или радиоактивного нуклида. Альфа-распад характерен для тяжелых (трансурановых) естественных и искусственных радионуклидов. Масса α-частицы превышает массу электрона в 7300 раз. Альфа-распад претерпевает примерно 15 % всех радиоизотопов, которых насчитывается около 1500. Из них порядка 30 нуклидов относятся к радиоактивным семействам урана и тория.

Бета-распад является наиболее распространенным типом распада (им обладают до 57 % всех известных радионуклидов) и может протекать в трех разновидностях. Для большинства природных и искусственных радионуклидов характерен электронный или отрицательный α-распад (46 %), при котором ядро радионуклида излучает высокоэнергетический электрон – β-частицу (-β). Реже (у некоторых искусственных радионуклидов) встречается позитронный, или положительный, бета-распад (11 %) с испусканием позитрона (+β), а также электронный К-захват, при котором ядро радионуклида поглощает орбитальный электрон с ближайшей К-оболочки собственного атома. Во всех случаях бета-распада образуются новые нуклиды, ядра которых часто содержат избыток энергии, поскольку находятся в возбужденном состоянии. При переходе их в стабильное (основное) состояние избыток энергии излучается в виде γ-квантов. Однако известен ряд β-активных радионуклидов, например углерод-14, фосфор-32, стронций-90, рутений-106, распад которых не сопровождается гамма-излучением.

Радиационный (нейтронный) захват, или реакция активации, – это поглощение нейтрона ядром стабильного или радиоактивного нуклида с образованием нового изотопа исходного или другого радионуклида.

Такой тип ядерных превращений происходит при столкновении потока медленных (с энергией до нескольких электронвольт) нейтронов со стабильными ядрами. Нейтроны с энергией 0,5 МэВ и более, быстро пролетая вблизи ядра, не успевают вступить с ним во взаимодействие.

При столкновении ядро захватывает нейтрон и превращается в собственный изотоп, массовое число которого увеличивается на единицу по сравнению с исходным ядром. Таким образом, новое ядро получает избыток энергии, которая высвечивается в виде γ-кванта. Новое ядро неустойчиво и испытывает последующий электронный распад. Поэтому данную реакцию называют еще реакцией активации, а про стабильные нуклиды, претерпевшие подобные ядерные превращения в радионуклиды под действием нейтронов, говорят, что они испытывают наведенную радиоактивность.

Деление ядер тяжелых элементов (урана-235, плутония-239) происходит при поглощении ими медленных (низкоэнергетических) нейтронов. Процесс деления начинается с того, что нейтрон, влетев в ядро обстреливаемого элемента, увеличивает его массовое число на единицу (например, ²³⁵U превращается в ²³⁶U). Но новое ядро оказывается энергетически неустойчивым, вследствие чего оно мгновенно делится. При этом образуются различные пары «осколков» (в большинстве случаев γ-, β-активных), которые представляют собой ядра радионуклидов, находящихся в средней части Периодической системы элементов от номера 30 (цинк) до 65 (тербий), высвобождаются 2–3 свободных нейтрона, способных вызвать деление других тяжелых ядер, а также выделяется огромное количество тепловой энергии.

Образующиеся при делении тяжелых ядер осколки имеют избыточное число нейтронов и претерпевают несколько последовательных электронных распадов, как правило, с испусканием гамма-квантов различных энергий.

Если возникающие при делении нейтроны используются для последующего деления других ядер, реакция становится цепной. При делении ²³⁵U и ²³⁸U нейтронами с энергией 14 МэВ цепной процесс развивается очень быстро, так как число вторичных нейтронов достигает 4 и даже 5. Если делящийся материал для появления такого лавинного процесса имеется в достаточном количестве, то возникает мгновенная неуправляемая цепная реакция взрывного характера. Именно такие реакции лежат в основе ядерного оружия. В атомной бомбе используются ²³⁵U или ²³⁹Pu, которые делятся любыми нейтронами. Если масса урана или плутония мала, то цепная реакция развиться не может, так как свободные нейтроны, возникшие при делении первого же ядра, вылетают за пределы данной массы урана (плутония), не успев произвести новые акты деления. Минимальное количество делящегося вещества, в котором уже возможна цепная реакция, называется критической массой.

Число свободных нейтронов можно регулировать, т. е. частично поглощать, чтобы при каждом акте деления свободным оказался только один нейтрон, который и произведет новый, но одиночный акт деления другого атома ²³⁵U или ²³⁹Pu. В ядерных реакторах плотность нейтронного потока регулируется особыми стержнями – поглотителями избытка нейтронов. Этот тип ядерных превращений в виде управляемой цепной ядерной реакции деления используется в реакторах различных типов.

Избыточные нейтроны, вылетая в окружающую среду, испытывают там радиационный захват. Таким образом, в процессе цепной реакции деления ядер тяжелых элементов помимо радиоактивных продуктов деления образуются и продукты активации. Ими становятся конструкционные материалы самой бомбы или реактора, а при взрыве – и объекты окружающей среды.

Синтез ядер легких элементов представляет собой слияние ядер изотопов водорода – трития и дейтерия в ядро гелия, что возможно лишь при нагревании смеси ядер-реагентов до температуры в несколько миллионов градусов, при которой легкие ядра, двигаясь с большими кинетическими энергиями, способны преодолеть кулоновские силы отталкивания положительно заряженных ядер и объединиться в ядра более тяжелых элементов.

На Земле такая температура достижима только в условиях атомного взрыва, поэтому реакцию синтеза называют термоядерной. В результате этой реакции выделяется колоссальное количество тепловой энергии с образованием мощного нейтронного и γ-излучения. Реакция синтеза ядер используется в термоядерном оружии (водородной бомбе), в котором для достижения высокой температуры применяется урановый или плутониевый заряд.

Хотя среди продуктов термоядерной реакции синтеза нет осколочных радионуклидов, потоки нейтронов вызывают наведенную активность объектов окружающей среды. Для увеличения мощности водородная бомба заключена в толстую оболочку из урана. Поэтому взрыв ядерной бомбы крупного калибра основан на принципе «деление – синтез – деление» и сопровождается значительным загрязнением окружающей среды радиоактивными осколками деления.

В настоящее время ученые работают над созданием управляемой термоядерной реакции, в которой необходимая температура достигается с помощью высокотемпературной плазмы, удерживаемой магнитным полем. Успешное решение этой задачи даст человечеству практически неиссякаемый источник экологически чистой энергии, поскольку в результате такой реакции образуется главным образом инертный нерадиоактивный газ гелий.

Радионуклиды трудно получить в абсолютно чистом виде. Обычно они находятся в смеси с нерадиоактивными веществами в количествах, зачастую не поддающихся весовому определению. Поэтому мерой количества радионуклида служит не масса, выраженная в граммах, а активность, или число ядерных превращений (распадов) в единицу времени. Одинаковые весовые количества различных радионуклидов обычно имеют различную активность, так как скорость распада у них неодинакова. Активность пропорциональна количеству радионуклида; она зависит от скорости распада и уменьшается со временем.

Единица активности – беккерель (Бк) – одно ядерное превращение в секунду. Специальной единицей активности является Кюри (Ки), равное 3,7 · 10¹⁰ Бк (1 Бк = = 2,7 · 10^–11 Ки). Кюри – достаточно большая величина. В области радиационной гигиены, радиобиологии, в расчетах и практической деятельности чаще используют дольные единицы: милликюри (1 мКи = 1 · 10^–3 Ки); микрокюри (1 мкКи = 1 · 10^–6 Ки); нанокюри (1 нКи = 1 · 10^–9 Ки = 37 Бк). Иногда приходится оперировать кратными единицами: килокюри (1 кКи = 1 · 10³ Ки); мегакюри (1 МКи = 1 · 10⁶ Ки).

Для практических целей в радиометрии пользуются также числом распадов в минуту: 1 Ки = 2,22 · 10¹² расп/мин.

Концентрацией радиоактивного вещества в любой среде называют количество распадов на единицу объема или массы. Единицами концентрации радионуклида являются Бк/кг, Бк/л (Ки/л, Ки/кг). Концентрация 1 Ки/л означает, что в 1 л жидкости или газа, активностью в 1 кюри, в секунду происходит 3,7 · 10¹⁰, а в минуту – 2,22 · 10¹² распадов. Понятие «удельная активность» – синоним концентрации.

Ядерные превращения, независимо от типа, носят вероятностный характер. Скорость радиоактивного распада ядер разных радионуклидов неодинакова, однако в равные промежутки времени распадается одна и та же доля ядер каждого конкретного радионуклида. Поэтому общим для всех радионуклидов является закон радиоактивного распада, который носит экспоненциальный характер и выражается формулой:

A_t = A₀ · e^—λt,

где А_t – активность радионуклида по прошествии времени t; А₀ – начальная активность; е – основание натурального логарифма, равное 2,72; λ – постоянная распада, характеризующая вероятность распада радионуклида.

Знак (-) означает, что реакция идет с уменьшением и величина А_t будет всегда меньше А₀. Время (Т_1/2), в течение которого распадается половина всех ядер данного радионуклида, называется периодом полураспада. Постоянная распада (λ) и период полураспада (Т_1/2) связаны соотношением:

λ = 0,693/Т_1/2,

где 0,693 – логарифм 2.

Отсюда закон радиоактивного распада можно выразить формулой:

A_t = A₀ · e–0,693t/T_1/2

Благодаря этой формуле можно, зная период полураспада того или иного радионуклида, рассчитать его активность на любой момент времени (t).

Скорость радиоактивного распада для каждого радионуклида – строго определенная величина, и никакие температурные воздействия, давление или катализаторы не в силах ее изменить. Чем короче период полураспада, тем быстрее идет распад. В зависимости от скорости распада радионуклиды делятся на: короткоживущие, период полураспада которых исчисляется секундами, минутами, часами, днями, неделями; среднеживущие (месяцы, годы); и долгоживущие, чьи периоды полураспада составляют от десятков до миллиардов лет.

Чем короче период полураспада радионуклида, тем выше его радиоактивность при одинаковой массе, и наоборот: равная активность разных по периоду полураспада радионуклидов имеют различную массу. Так, для ¹³¹I, у которого период полураспада равен 8,06 сут, масса с активностью в 1 Kи составляет всего 0,008 мг, а аналогичная по активности масса ²³⁸U с периодом полураспада равным 4,5 млрд лет – около 3 т.