Tartalom Elõzõ Kõvetkezõ Tárgymutató

A radioaktivitás

A bomlástörvény

Az instabil magok elõbb, vagy utóbb elbomlanak. Az egyedi atommagokról nem tudjuk megmondani, hogy a bomlása mikor következik be, mondjuk egy tizedmásodperc múlva, vagy esetleg még a következõ milliárd évet is átvészeli bomlás nélkül. Tudnunk kell azt is, hogy a bomlást hagyományos mechanika, kémiai, hõtani, elektromos hatásokkal nem tudjuk befolyásolni egyszerûen az eltérõ energia nagyságrendek miatt. Amíg a kémiai átalakulások 1-100 eV atomonkénti enegianagyságrend környékén mûködnek, - 13.5 eV pl. a hidrogénatom ionizációs potenciálja - az atommagban levõ nukleonok (protonok, neutronok) eltávolításához több, átlagosan 7-8, MeV energia szükséges. Az egyedi atommagok bomlásának megjósolhatatlansága ellenére, ha elég sok atommag van a vizsgált mintánkban, akkor már meglehetõsen éles kijelentések tehetõk a bomlásra képes magok számának változására. Tudomásul kell vennünk azonban, hogy mind a bomlás, mind pedig a bomlás során kilépõ sugárzások detektálása valószínüségi folyamatokon alapul, így a radioaktív mérési eredményeket mindig statisztikus ingadozás jellemzi.

A sugárzó izotópokat tartalmazó anyagdarabot sugárforrásnak, mintának, de (radioaktív) preparátumnak is szokás nevezni.

Az N darab bomlásra képes (radioaktív) magot tartalmazó mintában a $\Delta t$ idõtartam alatt bekövetkezõ bomlások száma arányos a jelen levõ - még el nem bomlott- bomlásra képes magok N számával, a figyelembe vett $\Delta t$ idõtartammal és egy, az illetõ izotópra (azaz az adott rendszámú, és neutronszámú atommagra) jellemzõ $\lambda$ bomlási állandóval. A bomlások száma egyúttal a bomlásra képes atomok darabszámának csökkenését is jelenti: $\Delta N=-\lambda \, N\, \Delta t$ . Ez vezet el a következõ differenciálegyenlethez:

$$\frac{dN}{dt}=-\lambda N$$ (30)

Az egyenlet átrendezése a bomlási állandóra egy szemléletes értelemzést tesz lehetõvé: (dN/N)/dt : a bomlásra képes magok hányad része bomlik el idõegység alatt.

Ha kezdetben No számú radioaktív mag volt a mintában, a fenti differenciálegyenlet megoldása az un. radioaktív bomlástörvényt adja, melynek alakja : $N=N_{o}e^{-\lambda t}$ . A bomlásra képes izotópok száma tehát az idõvel exponenciálisan csökken.

Mivel minden egyes bomlási esemény a bomlás tipusától függõ részecske kibocsátásával jár, a minta sugárzási (radio-) aktivitása, a benne másodpercenként lejátszódó bomlások számával jellemezhetõ. A ( 30) differenciálegyenlet alapján a minta A aktivitása : $A=\lambda \, N$ . Egysége a Bq rövidítésû Becquerel amely az aktivitást bomlás/sec egységekben adja meg. Bár hivatalosan nem alkalmazható, mégis eléggé széles körben használatos még manapság is az aktivitás Ci azaz a Curie egysége. 1 Ci az aktivitása 1 g rádiumnak, amelyben $3.7\, 10^{10}$ bomlás játszódik le másodpercenként. A bomlásra, és a minta aktivitására vonatkozó kijelentéseink a fenti formájukban csak a legegyszerûbb esetre érvényesek, amikoris a vizsgált radioaktív magok nem valamilyen más izotóp bomlása során keletkeznek, valamint a bomlás során keletkezõ új atommag -az un. leányelem-, tovább már nem bomlik, így az nem ad járulékos aktivitást a minta eredeti aktivitásához.

Az izotópok bomlási sebességét a bomlási állandó helyett egy sokkal szemléletesebb adattal, az un. felezési idõvel szokás jellemezni. Ez, az az idõtartam, amely alatt a bomlásra képes atommagok száma az eredeti érték felére csökken. A $\lambda$ bomlási állandó, és a $T_{1/2}$ felezési idõ kapcsolata egyszerûen felírható az elõbbi definíció alapján:

$$N_{o}/2=N_{o}e^{-\lambda T_{1/2}}\, \, \, \, \, \, \, \, \, \Rightarrow \, \, \, \, \, \, \, \, T_{1/2}=ln(2)/\lambda$$

A különbözõ izotópok felezési ideje igen széles skálán mozog, a másodperc törtrészeitõl milliárd évekig. Az urán-238 izotóp ($^{238}U$) felezési ideje 4.5 milliárd év, a neon-12- izotópé 0.012 sec. A reaktorbalesetek, kapcsán kiszabaduló két elhíresült izotóp a jód-131 felezési ideje 8.05 nap, a cézium-137 izotópé 30 év. A régészeti kormeghatározásban fontos szén-14 izotóp 5568 év felezési idejû.

A besugárzott objektumban a radióaktiv sugarak egy része elnyelõdik, s ennek hatására az objektumban bizonyos változások -rendszerint károsodások- halmozódnak fel. E károsodások a teljes elnyelt (halmozott) sugáradaggal, az un. dózissal arányosak. A dózis SI egységének neve gray, a jele Gy. 1 gray az elnyelt dózis akkor, ha a besugárzott test 1 kg-jában 1 Joule sugárzási energia nyelõdik el. Korábban használatos egysége a CGS (Cm- Gramm- Secundum) alapegységeken nyugvó rad (radiation absorbed dose) nevû egység volt. 100 rad=1Gy.

Az elnyelt sugárdózisnak idõegységre jutó részét dózisteljesítménynek nevezzük.

A fenti fizikai dózisok nem képesek jellemezni az élõ anyagon áthaladó ionizáló sugárzás biológiai károkozását. Kiderült, hogy a biológiai károsodás nagymértékben különbözhet attól függõen, hogy milyen típusú sugárzás érte a szervezetet. A különbözõ sugárzások biológiai hatásának összevethetõsége céljából meghatározták a különbözõ sugárzások dózisegyenértékeit. E biológiai hatást egy un QF faktorral adják amellyel a fizikai dózist szorozva kapjuk.

Tartalom Elõzõ Kõvetkezõ Tárgymutató