放射性单位

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介绍

放射性，顾名思义，是指某些元素不稳定的原子核发射能量波。元素周期表中存在 38 种放射性元素。放射性元素高度不稳定，并试图通过连续的衰变变得稳定。在此过程中，它会发射放射性波。本质上，这些不稳定的原子核几乎都在试图变得稳定，而在这个过程中，它会发射放射性波。

α射线、β射线和γ射线对人体有害，其中γ射线危害最大。放射性射线的发射称为放射性衰变。如果发射的是β射线，则称为β衰变。居里 (Ci) 是用于测量放射性物质此类活性的单位。

什么是放射性？

自然和人工产生的α射线、β射线和γ射线对健康有害。我们将尝试了解这些射线的能力。电离能力是指辐射破坏分子的能力。穿透能力是指辐射穿过物质的能力。下表显示了放射性粒子的某些特性。

粒子	原子序数、质量数	穿透力	电离能力	屏蔽材料
α（α）	2, 4	非常低	非常高	纸
β（β）	-1, 0	中等	中等	木材
γ（γ）	0, 0	非常高	非常低	铅

表 1：放射性粒子及其特征

现在我们知道这些射线被标记为放射性辐射。想知道这些辐射是如何产生的很正常。钍、镭等放射性元素的同位素释放α射线、β射线和γ射线以获得稳定的原子核。这些射线导致放射性衰变。

常见的具有放射性的材料包括铀、钍、镭等。还有很多，这些元素在从一种元素转变为另一种元素的过程中形成一个系列或链，并释放射线。铀-238 的辐射衰变系列经过 14 个循环后到达 Pb-206 的稳定原子核，如下所示。

铀 → 镤 → 钍 → 锕 → 镭 → 钫 → 氡 → 砹 → 钋 → 铋 → 铅 → 铊 → 汞。（以铅结尾）

放射性的 SI 单位

居里和贝克勒尔是每秒衰变次数的放射性单位。

$$\mathrm{一居里 = 1\:Ci = 3.7\times 10^{10}\:次/秒}$$

$$\mathrm{1\:Ci = 3.7\times 10^{10}\:Bq = 37\:GBq (37\:吉贝克勒尔)}$$

测量放射性的 SI 单位是贝克勒尔。

$$\mathrm{1\:Bq = 1\:次/秒}$$

其他放射性单位

定义放射性测量和转换方法的一些其他单位是

• 卢瑟福 (Rd) - 对应于 100 万个原子核衰变的活性。所以我们可以说 1 贝克勒尔 = 1 微卢瑟福

• 环境辐射水平以每小时戈瑞 (Gy/h) 或每小时西弗 (Sv/h) 测量，它们是国际单位。在美国，还使用每小时伦琴 (R/h) 或每小时雷姆 (rem/h)。

• 1 Bq = 1 次/秒，

• 1Gy = 1 焦耳/千克，

• 1 Sv = 1Gy × FQ，

其中 FQ = X 射线、β射线和γ射线的 1。

FQ=中子的 10 和质子的 10。

FQ=α射线的 20。

• $\mathrm{1\:Rad=10^{−2}\:Gy}$

放射性的类型

放射性是三种射线（α射线、β射线和γ射线）的存在。α射线是具有 2 个质子和 2 个中子的氦离子。它可以表示为 He(2,4)，其中 2 表示 2 个正电荷（即质子），4 是离子的质量。由于原子质量是质子和中子的总和，并且由于它具有 2 个质子，因此α粒子中有 2 个中子。

α衰变

让我们讨论并找出哪个原子核将通过发射α粒子进行衰变。其中一个反应是

$$\mathrm{_{92}^{238}U\rightarrow_2^4 He+_{90}^{234}Th}$$

这里铀转变为钍并释放α粒子。U-238 和 Th-230 是能够产生α衰变的放射性元素。

β衰变

与α射线类似，β射线是高能电子，表示为 e (-1, 0) 或 B (-1, 0)。这里使用的约定是 X（原子序数，质量数）。因此，这里的电子原子序数为 -1，质量数为 0，因为电子没有质子或中子。释放β辐射的反应是

$$\mathrm{_{90}^{234}Th\rightarrow\:_{−1}^{0} e+_{91}^{234}Pa}$$

Pa 是镤，Pa-234 也是一个β发射体，转变为铀-234。

γ衰变

γ衰变几乎发生在所有核反应中，但并不总是显示出来。在 U-23 的α衰变中，会释放γ射线，如下所示。

$$\mathrm{_{92}^{238}U\rightarrow_{2}^4 He+_{90}^{234}Th+2y}$$

放射性衰变定律

该定律指出，原子核衰变的单位时间概率是一个常数，与时间无关。该常数称为衰变常数，用 λ 表示。

$$\mathrm{原子核数量 = N\times\:e^{−\lambda t}}$$

$$\mathrm{活性 = A\times e^{−\lambda t}}$$

$$\mathrm{质量 = M\times e^{−\lambda t}}$$

其中 N = 样本中粒子的总数

A = 单位时间的衰变次数

M = 放射性物质的剩余质量。

我们还可以找到另一个关系，例如

$$\mathrm{\lambda(s^{−1})=ln(2)/ t^{1/2}}$$

其中 $\mathrm{t^{1/2}}$ 是半衰期，ln(2) 是 2 的自然对数。

结论

本教程阐明了放射性单位、贝克勒尔和居里及其转换，这是主要主题。特别关注了 SI 单位和用于测量放射性的替代单位。一起研究了放射性射线的能力以及能够阻挡其能力的屏蔽材料。

放射性本质上是α射线、β射线和γ射线的衰变，因为放射性物质试图转变为稳定的物质。讨论了这三种衰变及其控制它们的定律，以总结该主题。

常见问题

Q1. 放射性材料如何帮助医疗行业追踪内部情况？

答：由于这种同位素在这些区域积累的特性，碘同位素被用作示踪剂来确定心输出量和脂肪代谢。

Q2. 烟雾探测器是如何工作的？

答：烟雾探测器中两块板之间空气的电离产生平滑但恒定的电流。当烟雾进入腔室时，此电流将停止，从而触发警报。一个或小于一个微居里的镅-241 可以用于烟雾探测器。

Q3. 什么是γ射线照相？它是如何使用的？

答：来自放射性照相设备内放射性材料的γ射线用于扫描和检查由于工艺或复杂性而无法进入的地方。它可以用于扫描管道内部、船舶和复杂设计的场所。

Q4. 什么是铅罐？它与放射性材料有什么关系？

答：铅罐是一个口语化的术语，表示容器。这个铅容器具有厚壁，旨在避免内部材料泄漏，并正确且安全地锁定。

Q5. 哪个材料的半衰期最短？

答：钫-223 的半衰期最短，为 22 分钟。