一、放射性同位素的特點(diǎn)
眾所周知,放射性同位素(radiosotlope)是不穩(wěn)定的,它會(huì)“變”。放射性同位 素的原子核很不穩(wěn)定,會(huì)不間斷地、自發(fā)地放射出射線,直至變成另一種穩(wěn)定同位 素,這就是所謂“核衰變”。放射性同位素在進(jìn)行核衰變的時(shí)候,可放射出α射線、 β射線、γ射線和電子俘獲等,但是放射性同位素在進(jìn)行核衰變的時(shí)候并不一定能同 時(shí)放射出這幾種射線。核衰變的速度不受溫度、壓力、電磁場(chǎng)等外界條件的影響,也 不受元素所處狀態(tài)的影響,只和時(shí)間有關(guān)。放射性同位素衰變的快慢,通常用“半衰 期”來(lái)表示。半衰期(half-life)即一定數(shù)量放射性同位素原子數(shù)目減少到其初始值一 半時(shí)所需要的時(shí)間。如磷-32的半衰期是14.3天,就是說(shuō),假使原來(lái)有100萬(wàn)個(gè)磷-32 原子,經(jīng)過(guò)14.3天后,只剩下50萬(wàn)個(gè)了。半衰期越長(zhǎng),說(shuō)明衰變得越慢,半衰期越 短,說(shuō)明衰變得越快。半衰期是放射性同位素的一特征常數(shù),不同的放射性同位素有 不同的半衰期,衰變的時(shí)候放射出射線的種類和數(shù)量也不同。
常用同位素的特征
同位素 |
符號(hào) |
半衰期 |
β射線能量(MeV) |
氫-3 |
3H |
12.3年 |
0.018 |
碳-14 |
14C |
5720年 |
0.156 |
磷-32 |
32P |
14.3天 |
1.71 |
硫-35 |
35S |
87.1天 |
0.167 |
碘-131 |
131I |
8.05天 |
0.605 |
二、放射性強(qiáng)度及其度量單位
放射性同位素原子數(shù)目的減少服從指數(shù)規(guī)律。隨著時(shí)間的增加,放射性原子的數(shù)目按幾何級(jí)數(shù)減少,用公式表示為: N=N0e- λt這里,N為經(jīng)過(guò)t時(shí)間衰變后,剩下的放射性原子數(shù)目,N0為初始的放射性原子數(shù)目,λ為衰變常數(shù),是與該種放射性同位素性質(zhì)有關(guān)的常數(shù),λ=y(t)=e-0.693t/τ,其中τ指半衰期。放射性同位素不斷地衰變,它在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的原子數(shù)目叫做放射性強(qiáng)度(radioactivity),放射性強(qiáng)度的常用單位是居里(curie),表示在1秒鐘內(nèi)發(fā)生3.7×1010次核衰變,符號(hào)為Ci。 1Ci=3.7×1010dps=2.22×1012dpm 1mCi=3.7×107dps=2.22×109dpm 1μCi=3.7×104dps=2.22×106dpm 1977年國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)發(fā)表的第26號(hào)出版物中,根據(jù)國(guó)際輻射單位 與測(cè)量委員會(huì)(ICRU)的建議,對(duì)放射性強(qiáng)度等計(jì)算單位采用了國(guó)際單位制(SI), 我國(guó)于1986年正式執(zhí)行。在SI中,放射性強(qiáng)度單位用貝柯勒爾(becquerel)表示,簡(jiǎn)稱貝可,為1秒鐘內(nèi)發(fā)生一次核衰變,符號(hào)為Bq。1Bq=1dps=2.703×10-11Ci該單位在實(shí) 際應(yīng)用中減少了換算步驟,方便了使用。
三、射線與物質(zhì)的相互作用
放射性同位素放射出的射線碰到各種物質(zhì)的時(shí)候,會(huì)產(chǎn)生各種效應(yīng),它包括 射線 對(duì)物質(zhì)的作用和物質(zhì)對(duì)射線的作用兩個(gè)相互聯(lián)系的方面。例如,射線能夠使照相底片 和核子乳膠感光;使一些物質(zhì)產(chǎn)生熒光;可穿透一定厚度的物質(zhì),在穿透物質(zhì)的過(guò)程 中,能被物質(zhì)吸收一部分,或者是散射一部分,還可能使一些物質(zhì)的分子發(fā)生電離; 另外,當(dāng)射線輻照到人、動(dòng)物和植物體時(shí),會(huì)使生物體發(fā)生生理變化。射線與物質(zhì)的 相互作用,對(duì)核射線來(lái)說(shuō),它是一種能量傳遞和能量損耗過(guò)程,對(duì)受照射物質(zhì)來(lái)說(shuō), 它是一種對(duì)外來(lái)能量的物理性反應(yīng)和吸收過(guò)程。
各種射線由于其本身的性質(zhì)不同,與物質(zhì)的相互作用各有特點(diǎn)。這種特點(diǎn)還常與物質(zhì)的密度和原子序數(shù)有關(guān)。α射線通過(guò)物質(zhì)時(shí),主要是通過(guò)電離和激發(fā)把它的輻射能量轉(zhuǎn)移給物質(zhì),其射程很短,一個(gè)1兆電子伏(1MeV)的α射線,在空氣中的射程 約1.0<厘米,在鉛金屬中只有23微米(um),一張普通紙就能將α射線完全擋住,但α射線的能量能被組織和器官全部吸收。β射線也能引起物質(zhì)電離和激發(fā),與α射線 的能量相同的β射線,在同一物質(zhì)中的射程比α要長(zhǎng)得多,如>1MeVrβ射線,在空氣 中的射程是10米,高能量快速運(yùn)動(dòng)的β粒子,如磷-,能量為1.71MeV遇到物質(zhì),特別是突然被原子序數(shù)高的物質(zhì)(如鉛,原子序數(shù)為82)阻止后,運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生改變,產(chǎn)生軔致輻射。軔致輻射是一種連續(xù)的電磁輻射,它發(fā)生的幾率與β射線的能量 和物質(zhì)的原子序數(shù)成正比,因此在防護(hù)上采用低密度材料,以減少軔致輻射。β射線能被不太厚的鋁層等吸收。γ射線的穿透力最強(qiáng),射程最大,1MeV的r射線在空氣中的射程約有米之遠(yuǎn),r射線作用于物質(zhì)可產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng),它不會(huì)被物質(zhì)完全吸收,只會(huì)隨著物質(zhì)厚度的增加而逐漸減弱。