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放射性同位素概述

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一、放射性同位素的特点

  众所周知,放射性同位素(radiosotlope)是不稳定的,它会“变”。放射性同位 素的原子核很不稳定,会不间断地、自发地放射出射线,直至变成另一种稳定同位 素,这就是所谓“核衰变”。放射性同位素在进行核衰变的时候,可放射出α射线、 β射线、γ射线和电子俘获等,但是放射性同位素在进行核衰变的时候并不一定能同 时放射出这几种射线。核衰变的速度不受温度、压力、电磁场等外界条件的影响,也 不受元素所处状态的影响,只和时间有关。放射性同位素衰变的快慢,通常用“半衰 期”来表示。半衰期(half-life)即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一 半时所需要的时间。如磷-32的半衰期是14.3天,就是说,假使原来有100万个磷-32 原子,经过14.3天后,只剩下50万个了。半衰期越长,说明衰变得越慢,半衰期越 短,说明衰变得越快。半衰期是放射性同位素的一特征常数,不同的放射性同位素有 不同的半衰期,衰变的时候放射出射线的种类和数量也不同。

常用同位素的特征

<center> <table> <tbody> <tr> <td> <p> 同位素</p> </td> <td> <p> 符号</p> </td> <td> <p> 半衰期</p> </td> <td> <p> β射线能量(MeV)</p> </td> </tr> <tr> <td> <p> 氢-3</p> </td> <td> <p> 3H</p> </td> <td> <p> 12.3年</p> </td> <td> <p> 0.018</p> </td> </tr> <tr> <td> <p> 碳-14</p> </td> <td> <p> 14C</p> </td> <td> <p> 5720年</p> </td> <td> <p> 0.156</p> </td> </tr> <tr> <td> <p> 磷-32</p> </td> <td> <p> 32P</p> </td> <td> <p> 14.3天</p> </td> <td> <p> 1.71</p> </td> </tr> <tr> <td> <p> 硫-35</p> </td> <td> <p> 35S</p> </td> <td> <p> 87.1天</p> </td> <td> <p> 0.167</p> </td> </tr> <tr> <td> <p> 碘-131</p> </td> <td> <p> 131I</p> </td> <td> <p> 8.05天</p> </td> <td> <p> 0.605</p> </td> </tr> </tbody> </table> </center>

二、放射性强度及其度量单位

  放射性同位素原子数目的减少服从指数规律。随着时间的增加,放射性原子的数目按几何级数减少,用公式表示为: N=N 0e- λt这里,N为经过t时间衰变后,剩下的放射性原子数目,N0为初始的放射性原子数目,λ为衰变常数,是与该种放射性同位素性质有关的常数,λ=y(t)=e-0.693t/τ,其中τ指半衰期。放射性同位素不断地衰变,它在单位时间内发生衰变的原子数目叫做放射性强度(radioactivity),放射性强度的常用单位是居里(curie),表示在1秒钟内发生3.7×1010次核衰变,符号为Ci。    1Ci=3.7×1010dps=2.22×1012dpm    1mCi=3.7×107dps=2.22×109dpm    1μCi=3.7×104dps=2.22×106dpm   1977年国际放射防护委员会(ICRP)发表的第26号出版物中,根据国际辐射单位 与测量委员会(ICRU)的建议,对放射性强度等计算单位采用了国际单位制(SI), 我国于1986年正式执行。在SI中,放射性强度单位用贝柯勒尔(becquerel)表示,简称贝可,为1秒钟内发生一次核衰变,符号为Bq。1Bq=1dps=2.703×10-11Ci该单位在实 际应用中减少了换算步骤,方便了使用。

三、射线与物质的相互作用

  放射性同位素放射出的射线碰到各种物质的时候,会产生各种效应,它包括 射线 对物质的作用和物质对射线的作用两个相互联系的方面。例如,射线能够使照相底片 和核子乳胶感光;使一些物质产生荧光;可穿透一定厚度的物质,在穿透物质的过程 中,能被物质吸收一部分,或者是散射一部分,还可能使一些物质的分子发生电离; 另外,当射线辐照到人、动物和植物体时,会使生物体发生生理变化。射线与物质的 相互作用,对核射线来说,它是一种能量传递和能量损耗过程,对受照射物质来说, 它是一种对外来能量的物理性反应和吸收过程。

  各种射线由于其本身的性质不同,与物质的相互作用各有特点。这种特点还常与物质的密度和原子序数有关。α射线通过物质时,主要是通过电离和激发把它的辐射能量转移给物质,其射程很短,一个1兆电子伏(1MeV)的α射线,在空气中的射程 约1.0<厘米,在铅金属中只有23微米(um),一张普通纸就能将α射线完全挡住,但α射线的能量能被组织和器官全部吸收。β射线也能引起物质电离和激发,与α射线 的能量相同的β射线,在同一物质中的射程比α要长得多,如>1MeVrβ射线,在空气 中的射程是10米,高能量快速运动的β粒子,如磷-,能量为1.71MeV遇到物质,特别是突然被原子序数高的物质(如铅,原子序数为82)阻止后,运动方向会发生改变,产生轫致辐射。轫致辐射是一种连续的电磁辐射,它发生的几率与β射线的能量 和物质的原子序数成正比,因此在防护上采用低密度材料,以减少轫致辐射。β射线能被不太厚的铝层等吸收。γ射线的穿透力最强,射程最大,1MeV的r射线在空气中的射程约有米之远,r射线作用于物质可产生光电效应、康普顿效应和电子对效应,它不会被物质完全吸收,只会随着物质厚度的增加而逐渐减弱。

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