放射性單位

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介紹

放射性，顧名思義，是指某些元素不穩定的原子核發射能量波。元素週期表中存在 38 种放射性元素。放射性元素高度不穩定，並試圖透過連續的衰變變得穩定。在此過程中，它會發射放射性波。本質上，這些不穩定的原子核幾乎都在試圖變得穩定，而在這個過程中，它會發射放射性波。

α射線、β射線和γ射線對人體有害，其中γ射線危害最大。放射性射線的發射稱為放射性衰變。如果發射的是β射線，則稱為β衰變。居里 (Ci) 是用於測量放射性物質此類活性的單位。

什麼是放射性？

自然和人工產生的α射線、β射線和γ射線對健康有害。我們將嘗試瞭解這些射線的能力。電離能力是指輻射破壞分子的能力。穿透能力是指輻射穿過物質的能力。下表顯示了放射性粒子的某些特性。

粒子	原子序數、質量數	穿透力	電離能力	遮蔽材料
α（α）	2, 4	非常低	非常高	紙
β（β）	-1, 0	中等	中等	木材
γ（γ）	0, 0	非常高	非常低	鉛

表 1：放射性粒子及其特徵

現在我們知道這些射線被標記為放射性輻射。想知道這些輻射是如何產生的很正常。釷、鐳等放射性元素的同位素釋放α射線、β射線和γ射線以獲得穩定的原子核。這些射線導致放射性衰變。

常見的具有放射性的材料包括鈾、釷、鐳等。還有很多，這些元素在從一種元素轉變為另一種元素的過程中形成一個系列或鏈，並釋放射線。鈾-238 的輻射衰變系列經過 14 個迴圈後到達 Pb-206 的穩定原子核，如下所示。

鈾 → 鏷 → 釷 → 錒 → 鐳 → 鍅 → 氡 → 砈 → 釙 → 鉍 → 鉛 → 鉈 → 汞。（以鉛結尾）

放射性的 SI 單位

居里和貝克勒爾是每秒衰變次數的放射性單位。

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

$$\mathrm{1\:Ci = 3.7\times 10^{10}\:Bq = 37\:GBq (37\:吉貝克勒爾)}$$

測量放射性的 SI 單位是貝克勒爾。

$$\mathrm{1\:Bq = 1\:次/秒}$$

其他放射性單位

定義放射性測量和轉換方法的一些其他單位是

• 盧瑟福 (Rd) - 對應於 100 萬個原子核衰變的活性。所以我們可以說 1 貝克勒爾 = 1 微盧瑟福

• 環境輻射水平以每小時戈瑞 (Gy/h) 或每小時西弗 (Sv/h) 測量，它們是國際單位。在美國，還使用每小時倫琴 (R/h) 或每小時雷姆 (rem/h)。

• 1 Bq = 1 次/秒，

• 1Gy = 1 焦耳/千克，

• 1 Sv = 1Gy × FQ，

其中 FQ = X 射線、β射線和γ射線的 1。

FQ=中子的 10 和質子的 10。

FQ=α射線的 20。

• $\mathrm{1\:Rad=10^{−2}\:Gy}$

放射性的型別

放射性是三種射線（α射線、β射線和γ射線）的存在。α射線是具有 2 個質子和 2 箇中子的氦離子。它可以表示為 He(2,4)，其中 2 表示 2 個正電荷（即質子），4 是離子的質量。由於原子質量是質子和中子的總和，並且由於它具有 2 個質子，因此α粒子中有 2 箇中子。

α衰變

讓我們討論並找出哪個原子核將透過發射α粒子進行衰變。其中一個反應是

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

這裡鈾轉變為釷並釋放α粒子。U-238 和 Th-230 是能夠產生α衰變的放射性元素。

β衰變

與α射線類似，β射線是高能電子，表示為 e (-1, 0) 或 B (-1, 0)。這裡使用的約定是 X（原子序數，質量數）。因此，這裡的電子原子序數為 -1，質量數為 0，因為電子沒有質子或中子。釋放β輻射的反應是

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

Pa 是鏷，Pa-234 也是一個β發射體，轉變為鈾-234。

γ衰變

γ衰變幾乎發生在所有核反應中，但並不總是顯示出來。在 U-23 的α衰變中，會釋放γ射線，如下所示。

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

放射性衰變定律

該定律指出，原子核衰變的單位時間機率是一個常數，與時間無關。該常數稱為衰變常數，用 λ 表示。

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

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

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

其中 N = 樣本中粒子的總數

A = 單位時間的衰變次數

M = 放射性物質的剩餘質量。

我們還可以找到另一個關係，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 的自然對數。

結論

本教程闡明瞭放射性單位、貝克勒爾和居里及其轉換，這是主要主題。特別關注了 SI 單位和用於測量放射性的替代單位。一起研究了放射性射線的能力以及能夠阻擋其能力的遮蔽材料。

放射性本質上是α射線、β射線和γ射線的衰變，因為放射性物質試圖轉變為穩定的物質。討論了這三種衰變及其控制它們的定律，以總結該主題。

常見問題

Q1. 放射性材料如何幫助醫療行業追蹤內部情況？

答：由於這種同位素在這些區域積累的特性，碘同位素被用作示蹤劑來確定心輸出量和脂肪代謝。

Q2. 煙霧探測器是如何工作的？

答：煙霧探測器中兩塊板之間空氣的電離產生平滑但恆定的電流。當煙霧進入腔室時，此電流將停止，從而觸發警報。一個或小於一個微居里的鋂-241 可以用於煙霧探測器。

Q3. 什麼是γ射線照相？它是如何使用的？

答：來自放射性照相裝置內放射性材料的γ射線用於掃描和檢查由於工藝或複雜性而無法進入的地方。它可以用於掃描管道內部、船舶和複雜設計的場所。

Q4. 什麼是鉛罐？它與放射性材料有什麼關係？

答：鉛罐是一個口語化的術語，表示容器。這個鉛容器具有厚壁，旨在避免內部材料洩漏，並正確且安全地鎖定。

Q5. 哪個材料的半衰期最短？

答：鍅-223 的半衰期最短，為 22 分鐘。