2.2. Величины и единицы, используемые в радиометрии

Проблема измерения радиоактивности возникает во многих областях, где применяются источники ионизирующих излучений. Методы измерения радиоактивности нашли применение при поиске и добыче полезных ископаемых, технологических процессах с использованием облучательных аппаратов, при эксплуатации ядерных энергетических установок, производстве радиоактивного сырья, в медицине. Одним из главных вопросов охраны окружающей среды является контроль за содержанием радиоактивных веществ и их миграцией в атмосфере, почве, растительности. По содержанию радионуклидов устанавливаются цены на радионуклидные препараты. Санитарно-гигиенические нормы для работников, использующих радиоактивные источники и препараты, устанавливаются из расчета определенного содержания конкретных радионуклидов на рабочих местах.

Разнообразие направлений, где приходится иметь дело с измерением радиоактивности, и специфика решаемых при этом задач ставит перед этой областью измерений ряд требований.

1. Обеспечение измерений количественных характеристик радиоактивных веществ в широком диапазоне их значений, достигающем 10-12 порядков. Например, при определении содержания калия в минеральном сырье по радиоактивному калию-40, находящемуся в известной связи с общим количеством калия, необходимо обеспечить измерение всего нескольких распадов в секунду на грамм вещества. В то же время в источниках из кобальта-60 для мощных радиационных установок число актов распада превышает 10¹² в секунду на грамм вещества.
2. Обеспечение измерений количественных характеристик радионуклидов, находящихся в различном агрегатном состоянии.
3. Радиоактивное вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Кроме того, радионуклиды могут образовывать радиоактивные аэрозоли широкого дисперсного состава.
4. Обеспечение измерений широкой номенклатуры радионуклидов, имеющих различные схемы распада.
5. Обеспечение требуемой точности измерений. Диапазон допустимой погрешности измерений количественных характеристик радиоактивных веществ довольно широк и зависит от поставленной задачи. В тех случаях, когда измерения носят оценочный характер, а главным требованием к ним является экспрессность, погрешность измерений 50-60% может считаться достаточной. Однако имеются задачи, где требования к погрешности измерений весьма высоки. Это характерно для научных исследований, в частности при уточнении ядерно-физических характеристик радионуклидов, в метрологической деятельности при измерении характеристик образцовых источников, в медицине при использовании радионуклидных методов лечения и диагностики. В этих случаях допустимая погрешность измерений составляет 0,5—3%.

Характеризовать количество радиоактивного вещества его массой, как это отмечалось выше, сложно и нецелесообразно по ряду причин. Более удобным и доступным оказалось выражать это количество через число происходящих в нем распадов. Эта характеристика получила название «активность радионуклида в источнике (образце)» или сокращенно — «активность радионуклида». Под активностью радионуклида понимается отношение числа спонтанных переходов из определенного ядерно-энергетического состояния радионуклида, происходящих в источнике (образце) за интервал времени , к этому интервалу времени:

(2.1).

Единицей активности радионуклидов в СИ является один распад в секунду, получивший название беккерель (Бк). На практике еще продолжает применяться внесистемная единица — кюри (Ки). Соотношение между кюри и беккерелем:

1 Ки = 3,700·10¹⁰ Бк (точно).

Подчеркнем, что в (2.1) является суммой всех ядерных превращений, происходящих в образце. Так, яри распаде ядер ⁶⁴Cu 37% всех распадов приходится на β^–-распад, 18% — на β⁺-распад и 45% — на электронный захват. Таким образом, вклад в общую активность, который дают β^–-, β⁺- и e-распады, составит 37, 18 и 45% соответственно. По этой причине не следует употреблять довольно часто используемые в научно-технической литературе выражения «α-активность», «β-активность» и, тем более, «γ-активность». Более уместно говорить в таких случаях об активности α-излучающих источников (α-источников), активности β-излучающих источников (β-источников) и т. д.

Следует также отметить, что разные источники, изготовленные на основе одного и того же радионуклида, в зависимости от их назначения могут применяться как источники с разным типом излучения, например Ra как α-источник или как γ-источник, ⁶⁰Co как β-источник или как γ-источник.

Поскольку радиоактивные вещества могут находиться в различных физических состояниях, наряду с основным понятием активности используются производные от нее величины.

Удельная активность источника — отношение активности радионуклида в источнике (образце) к массе m источника (образца) или к массе элемента, соединения:

(2.2).

Единицей этой величины является беккерель на килограмм (Бк/кг). Допускается также использование таких единиц, как Бк/г, кБк/г, МБк/г, ГБк/г, ТБк/г.

Объемная активность источника — отношение активности радионуклида в источнике к его объему :

(2.3).

Основная единица этой величины — беккерель на кубический метр (Бк/м³). Используются также единицы Бк/мл, кБк/мл, МБк/мл, ГБк/мл, Бк/л, кБк/л, МБк/л.

Поверхностная активность источника — отношение активности радионуклида в источнике, распределенной на поверхности источника, к площади этой поверхности:

(2.4).

Она выражается в беккерелях на квадратный метр (Бк/м²). Допускается также выражать эту величину в следующих единицах: Бк/см², кБк/см², МБк/км², ГБк/см².

Вторым по важности параметром радиоактивного источника можно назвать внешнее излучение частиц, испускаемых источником, . Под внешним излучением понимается число частиц данного вида или фотонов, испускаемых источником в единицу времени в определенный телесный угол. Единицей этой величины является с^–1 или одна частица в секунду. Обычно внешнее излучение относят к телесному углу 2πср (для α- и β-источников) и 4πср (для γ-источников).

Внешнее излучение как весьма важную характеристику ра-дионуклидных источников часто приводят в паспортах на образцовые и рабочие источники. Внешнее излучение совпадает с потоком частиц в случае, когда поле создается одним источником, все внешнее излучение которого пересекает поверхность, входящую в определение потока частиц. Измеряемой величиной может быть также плотность потока ионизирующих частиц. Измерения активности источников, производных от нее величин, внешнего излучения, потока и плотности потока частиц составляют содержание радиометрии ионизирующих излучений.