Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Изменение характеристик ядер в результате распада






 

Частица D Z D A
α -2 -4
β - +1  
β + -1  
γ    

 

1. α – распад.

Схема распада радия следующая:

МэВ (кин. энергия);

соответствующая диаграмма распада:

Поглощенная энергия α частиц на один распад с учетом локального поглощения будет в данном случае равна:

Е α = 0, 946∙ 4, 78+0, 054∙ 4, 6 = 4, 77 МэВ

С учетом равномерно распределенной полной активности Q α α излучающего нуклида и массы объекта m, можно оценить мощность поглощенной дозы Р α :

Р α = Е α Q α / m.

 

2. β – распад.

Данный процесс сопровождается испусканием β -частиц (электроны); заряд ядра увеличивается на единицу. Напр., схема т.н. чистого β -распада:

МэВ (кинетическая энергия);

кинетическая энергия распределяется между электроном и нейтрино (). Энергетическое распределением β -частиц является непрерывным в диапазоне энергий 0 ÷ Е max = 1, 71 МэВ и средней энергией (энергетическое распределение β -частиц нормировано на 1). Соответствующая диаграмма распада:

Типичная форма β -спектра (непрерывное энергетическое распределение β -частиц) показано на рис. Н.

Рис. Н. Форма β – спектра

 

Оценка поглощенной дозы или мощности дозы для равномерно распределенных β -изотопов в определенных геометриях осуществляется следующим образом для приведенной ниже конкретной задачи:

В водном шаре радиусом r = 1см равномерно распределен изотоп ; удельная активность составляет величину q = 6· 105 расп./(г∙ с); средняя энергия β -частиц = 0, 694 МэВ; оценить мощность дозы в центре сферы, (Гр/час). Максимальный пробег β -частиц (частиц с энергией Е max = 1, 71 МэВ) равен 0, 84 см < r, т.е., центр сферы находится в условиях бесконечной среды;

Р β - = 3600 [сек/час]× q [расп./(г∙ с)]× 0, 694 [МэВ]× 1, 6· 10-10[Гр/МэВ/г] = 0, 24 [Гр/час].

 

3. β + – распад.

 

Нуклид распадается с испусканием позитрона (частица с положительным зарядом, заряд ядра уменьшается на единицу). В частности, так распадается нуклид :

(кин. энергия);

диаграмма этого распада (Е max = 1, 73 МэВ, МэВ):

 

 

 

Оценка поглощенной дозы или мощности дозы в данном случае может быть сделана следующим образом (пример): в водном шаре радиусом r = 5 см равномерно распределен изотоп ; удельная активность составляет величину q = 1· 106 расп./(г∙ с). Определению подлежит мощность дозы в центре шара.

Максимальный пробег позитронов в воде ~ 0.8 см, что меньше радиуса шара, т.е. центр шара можно рассматривать в условиях бесконечной геометрии (принцип локального поглощения энергии):

Р β += q [расп./(г∙ с)]× 0, 721[МэВ]× 1, 6· 10-10[Гр/МэВ/г] = 1, 15∙ 10-4 [Гр/с]

Для каждого позитрона в результате его аннигиляции (образуются два кванта с энергией 0, 511 МэВ → 1, 022 МэВ) оценивается их вклад в мощность дозы:

Р γ = q [расп./(г∙ с)]× 1, 022[МэВ/расп.]× AF× 1, 6· 10-10[Гр/МэВ/г] =

= 2, 46∙ 10-5 [Гр/с], где AF = 1-exp(-0, 033∙ 5) = 0, 15.

Суммарная мощность дозы Р γ +β + = 1, 4· 10-4 Гр/с

 

4. Распад нуклида с эффектом электронного захвата

Распад нуклида сопровождается захватом электрона с электронной оболочки атома (в основном учитывается захват с К -, L – оболочек, при том принимается величина вероятности захвата с К – оболочки 90% и с L – оболочки – 10%). Процесс сопровождается последующим излучением низкоэнергетичных флюоресцентных фотонов. Например, с эффектом электронного захвата осуществляется распад . Диаграмма распада выглядит следующим образом:

 

Имеет место три основные ветви распада, определяющие вклад частиц в поглощенную дозу, две из которых следующие:

 

1. β + – ветвь:

(кин. энергия) + 1, 275 МэВ (γ – кванты); ;

2. электронный захват:

 

(E γ ).

 

Пример оценки дозы для изотопов с приведенной выше схемой распада: в наполненной водой сфере r = 2 см с однородно распределенным нуклидом (q = 105 расп./(г∙ с)) определить дозу за неделю в центре сферы.

а) β + – часть распада;

Dβ +=105[расп./(г∙ с)]× 0, 905[β +/расп.]× 0, 216[МэВ/β +]×

1, 6· 10-10[Гр/(МэВ/г)]× 6, 05· 105[c/нед.] = 1, 89 Гр.

б) часть распада с электронным захватом;

Энергии связи на К –оболочке кэВ, на L –оболочке кэВ; (далее пренебрегается кладом в поглощенную энергию эффектами Оже – электронов и флюоресценции). Поглощенная энергия за счет электронного захвата (ЕС – electron capture) составляет величину:

DEC=105[расп./(г∙ с)]× 0, 095[EC/расп.]× fEC[МэВ/EC]×

1, 6· 10-10 [Гр/(МэВ/г)]× 6, 05· 105[c/нед.],

где функция fEC равна fEC = 0, 9· +0, 1· = 9, 74∙ 10-4 МэВ/ЕС; в итоге

D EC = 8, 9∙ 10-4 Гр.

в) позитронная компонента распада;

учет двух аннигиляционных квантов с энергией 0, 511 МэВ каждый:

, = 0, 99;

D 0, 511=105[расп./(г∙ с)]× 1, 81[фот./расп.]× 0.511[МэВ/фот.]×

1, 6· 10-1010[Гр/(МэВ/г)]× 6, 05· 105[c/нед.];

D 0, 511 = 0, 57 Гр.

г) компонента Е γ = 1, 275 МэВ;

D 1, 275=105[расп./(г∙ с)]× 1, 0[фот./расп.]× 1, 275[МэВ/фот.]×

1, 6· 10-10[Гр/(МэВ/г)]× 6, 05· 105[c/нед.],

D 1, 275 = 0, 69 Гр.

Суммарная доза

Dtot = D β + D 0, 511 + D β + DEC = 3, 16 Гр.

 

5. Внутренняя конверсия (IC).

 

Существует тип распада ядра с γ - переходом с передачей энергии кванта одному из электронов атомной оболочки, который вылетает из атома с энергией кванта h ν – Ев, где Ев – энергия связи электрона на соответствующей оболочке; отношение числа этих событий N e/ N g определяет т.н. коэффициент внутренней конверсии. Пример соответствующего типа распада: :

 

Рис. Схема распада изотопа .

 

Величина поглощенной энергии в последнем случае с учетом компонент частиц распада состоит из следующих компонент: , энергия фотонов электронов внутренней конверсии, - энергия связи электронов на оболочках атома, компонента

fIC = h ν - pkYk· h ν k - pLYL· h ν L

определяет утечку низкоэнергетических флюоресцентных фотонов с энергиями k и L; коэффициенты p k, L = exp(-μ tot(k, L)∙ r). Yk, L – выход флюоресценции.

Доза в центре сферической ёмкости r = 5 см с равномерно распределенным изотопом с удельной активностью 103 [расп./(г∙ с)] за 10 дней может быть оценена следующим образом (без учета ветви ):

a) компонента Е γ = 0, 662 МэВ;

D 0, 662 = 103 [расп./(г∙ с)]× 0, 85[фот./расп.]× 0, 662[МэВ/фот.]×

1, 6· 10- 10[Гр/(МэВ/г)]× 8, 64· 105[c/дни] × AF, AF = 1 – exp(- 5· 0, 0327) = 0, 151;

D 0, 662 = 1, 17· 10- 2 Гр.

б) компонента внутренней конверсии;

К – оболочка:

kD IC = 103[расп./(г∙ с)]× 0, 078[фот./расп.]× (hν -pk∙ Yk· hν k) [МэВ/фот.]× 1, 6· 10-10[Гр/(МэВ/г)]× 8, 64· 105[c/дни] = 1, 08 × (0, 662 - pk∙ Yk · h ν k)× 10-2 = 6, 99× 10-3, Гр.

h ν k = 0, 032 МэВ; Yk =0, 9; , pk = exp(-0, 13∙ 5) = 0, 52.

L – оболочка:

LDIC = 103[расп./(г∙ с)]× 0, 018[фот./расп.]× (h ν) [МэВ/фот.]×

1, 6· 10-10[Гр/(МэВ/г)]× 8, 64· 105[c/дни] = 1, 65× 10-3, Гр.

h ν k = 0, 006 МэВ; Yk =0, 1; , pk ≈ 0.

Полная доза:

D tot = D 0, 662 + kDIC + LDIC = 2, 03× 10-3, Гр.

 

******************************************


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.012 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал