Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Изменение характеристик ядер в результате распада




 

Частица DZ DA
α -2 -4
β- +1
β+ -1
γ

 

1. α – распад.

Схема распада радия следующая:

МэВ (кин. энергия);

соответствующая диаграмма распада:

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

Еα = 0,946∙4,78+0,054∙4,6 = 4,77 МэВ

С учетом равномерно распределенной полной активности Qα αизлучающего нуклида и массы объекта m, можно оценить мощность поглощенной дозы Рα:

Рα = Еα Qα/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 ÷ Еmax = 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 Еmax = 1,71 МэВ) равен 0,84 см < r, т.е., центр сферы находится в условиях бесконечной среды;

Рβ- = 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 (Еmax = 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):



Рβ+= 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:

Рγ= 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 Рγ+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:

 

(Eγ).

 

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

DEC = 8,9∙10-4 Гр.

в) позитронная компонента распада;

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

, = 0,99;

D0,511=105[расп./(г∙с)]×1,81[фот./расп.]×0.511[МэВ/фот.]×

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

D0,511 = 0,57 Гр.

г) компонента Еγ = 1,275 МэВ;

D1,275=105[расп./(г∙с)]×1,0[фот./расп.]×1,275[МэВ/фот.]×

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

D1,275 = 0,69 Гр.

Суммарная доза

Dtot = Dβ+ D0,511 + Dβ+ 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 hν – Ев, где Ев – энергия связи электрона на соответствующей оболочке; отношение числа этих событий Ne/Ng 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 = hν - pkYk·hνk- pLYL·hνL

определяет утечку низкоэнергетических флюоресцентных фотонов с энергиями k и L; коэффициенты pk,L = exp(-μtot(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 Еγ = 0,662 МэВ;

D0,662 = 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;

D0,662 = 1,17·10- 2 Гр.

б) компонента внутренней конверсии;

К – оболочка:

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

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

L – оболочка:

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

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

hνk = 0,006 МэВ; Yk =0,1; , pk ≈ 0.

Полная доза:

Dtot = D0,662 + kDIC + LDIC = 2,03×10-3, Гр.

 

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


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2018 год. (0.015 сек.)Пожаловаться на материал