Dezintegrarea radioactiva - Legea dezintegrarii radioactive

Dezintegrarea radioactiva

Radioactivitatea este o proprietate a nucleelor atomice de a se dezintegra spontan prin emisia unor radiatii alfa si gama.

Legea dezintegrarii radioactive

Probabilitatea de dezintegrare a unui nucleu in unitatea de timp este λ si se numeste constanta de dezintegrare. Unitatea de masura in S.I este s-1

Activitatea unui esantion radioactiv se noteaza cu Λ si reprezinta probabilitatea de dezintegrare a celor N nuclizi radioactivi din esantionul respectiv. Studiind elementele radioactive Rutherford si Sody au descoperit ca procesele de dezintegrare sunt procese ce se supun unor legi statistice, nu se poate prevedea momentul cand un anumit nuclid radioactiv din sursa se va dezintegra . au stabilit si ca dezintegrarea unui nuclid nu este influentata de ceilalti nuclizi existenti in esantionul radioactiv. A este direct proportional cu numarul de nuclizi radioactivi din sursa. Legea integrala a dezintegrarii radioactive stabilita experimental pe baza rezultatelor lui Rutherford si Sody este: , N 0 este numarul de nuclizi radioactivi din esantion la momentul t = 0, N(t) este numarul de nuclizi radioactivi care au ramas nedezintegrati dupa timpul t.

Prin diferentiere se obtine  . Ultima relatie reprezinta legea diferentiala a dezintegrarii radioactive, fiind numarul de nuclizi care se dezintegreaza in unitatea de timp.

 reprezinta probabilitatea ca ce cele n nuclee sa se dezintegreze in unitatea de timp.

Legea de dezintegrare radioactiva este:          

În laborator o sursa S de radioactivitate Λ si cu ajutorul unui detector de radiatii care inregistreaza numarul de radiatii ce intra in detector in unitatea de timp, exprimand viteza de numarare R.

Legatura dintre R si activitatea sursei. Orice sursa radioactiva nepolarizata emite izotop, cu aceeasi probabilitate in toate directiile, in detector ajunge numai radiatiile emise sub un unghi solid ΔΩ. Pe detector ajung numai ,  factor geometric, nu toate radiatiile ajunse pe detector dau un impuls de aceea se defineste eficacitatea sursei ε, reprezinta raportul dintre numarul de radiatii inregistrate (numarul impulsurilor la iesire) si numarul de radiatii ajunse pe detector. Deci vor fi inregistrate.

Exemplu: fie sursa de cobalt 60.

Nichelul nu trece direct in starea fundamentala datorita regulilor de selectie, trece intr-o stare mai putin excitata dupa care in starea fundamentala prin dezintegrari gama.

Fig. 5. Schema dezintegrarii sursei de cobalt

Între R si numarul de nuclee din sursa dezintegrate in unitatea de timp exista relatia:

R=(G ε s) Λ, s factor de schema, G factor geometric. Putem scrie legea de dezintegrare si pentru viteza de numarare:

Metodele de masurare a activitatii unei surse radioactive sunt de doua feluri: absolute si relative.

Metodele absolute prezinta metoda geometrica si metoda coincidentelor.

Metoda geometrica presupune o sursa cu o activitate pe care trebuie sa o masuram situata la o distanta fata de detector si determinam viteza de numarare a detectorului. Trebuie sa cunoastem tipul de radionuclid si modul de dezintegrare pentru a sti factorul de schema s. Cunoscand tipul de radiatie emisa si tipul de detector se poate lua din tabele valoarea lui ε.

G =,

(Bq)

Unitatea de masura a activitatii sursei in S.I. este Becquerel (1Bq = descarcare /secunda).

1 Curie = 3,7Bq reprezinta activitatea unui gram de radiu.

Metoda se numeste geometrica deoarece trebuie evaluat dΩ.

Metoda relativa presupune existenta unei surse etalon a carui activitate Λ este cunoscuta si vrem sa exprimam activitatea unei surse Λx in functie de activitatea sursei etalon Λe. Se face o masuratoare cu sursa etalon si una cu cea cu activitate necunoscuta in aceleasi conditii geometrice si cu acelasi detector.

Dar:  deoarece avem aceleasi conditii geometrice, acelasi tip de sursa si acelasi detector. În aceste conditii avem

.

Marimi caracteristice:

1. Constanta de dezintegrare λ. O determinam plecand de la .

Fig. 6. Graficul dezintegrarii radioactive

Logaritmam si obtinem: ln R = ln R0  -λt

Fig. 7.

Panta dreptei din figura 7. Reprezinta valoarea constantei de dezintegrare.

2. Timpul de injumatatire T reprezinta intervalul de timp dupa care numarul de nuclee ramase nedezintegrate in sursa se reduce la jumatate.

N(T) =

Daca cunoastem λ putem determina timpul de injumatatire. Pentru nuclizii care au timpul de injumatatire relativ mic (de ordinul orelor, zilelor) acesta poate fi determinat direct prin variatia vitezei de numarare in timp.

3. Timpul mediu de viata τ viata medie a nuclizilor din sursa radioactiva. Se defineste ca o medie statistica:

Dupa integrare rezulta    

4. Activitatea specifica Λs reprezinta activitatea unitatii de masa de preparat radioactiv. .

Daca preparatul este lichid se defineste sub forma:   

Activitatea specifica este utila pentru a prepara surse de activitate data dintr-o sursa mai mare de substanta radioactiva.

Radiatia alfa

Cercetarile experimentale au aratat ca radiatiile alfa sunt constituite din particule incarcate pozitiv care s-au dovedit a fi nuclee de He in miscare rapida, avand o viteza aproximativ 20. Majoritatea nuclizilor radioactivi naturali emit radiatii alfa. În urma unei dezintegrarii alfa, nuclidul derivat este situat in tabelul lui Mendeleev cu doua casute la stanga nuclidului generator:

Radiatia gama

Aceste radiatii nu sunt influentate de campul electric sau magnetic. Ele sunt de natura electromagnetica si pot suferi fenomene de reflexie refractie, difractie si interferenta.

Radiatiile gama insotesc dezintegrarile alfa atunci cand nucleul derivat, aflat intr-o stare excitata, revine la starea fundamentala prin emisie de fotoni gama.

Prin emitere de radiatii nucleul isi schimba alcatuirea. Avem de a face cu transformarea spontana a unei specii nucleare in alta, o transmutatie nucleara.