العربيةAR⌄
النشاط الإشعاعي والبيكريل
النشاط الإشعاعي هو معدل التحولات النووية في عينة، وليس كمية الطاقة ولا الجرعة التي يتلقاها جسم. يربط القانون A=λN بين عدد النوى غير المستقرة واحتمال اضمحلالها. وحدة البيكريل بسيطة جدًا: 1 Bq يعني تحولًا نوويًا واحدًا في الثانية.
من عدد النوى إلى معدل الاضمحلال
إذا كان لكل نواة ثابت اضمحلال λ، فإن النشاط A=λN. ومع تناقص N يتناقص A بالنسبة نفسها: A(t)=A₀e^{-λt}. لذلك للعينة والنشاط نصف العمر نفسه. النشاط الكبير قد ينتج من عدد هائل من نوى طويلة العمر أو عدد أقل من نوى قصيرة العمر.
العلاقة λ=ln2/T½ توضح لماذا يكون النظير قصير العمر أكثر نشاطًا لكل نواة. لكن مقارنة عينتين بالبيكريل وحده لا تخبرنا عن نوع الإشعاع أو طاقته أو كيفية تفاعله مع الأنسجة.
من نصف العمر إلى النشاط
البيكريل ليس الجرعة
البيكريل يقيس عدد التحولات في الثانية فقط. أما الغراي فيقيس الطاقة الممتصة لكل كتلة، والسيفرت يدخل عوامل مرتبطة بنوع الإشعاع وحساسية الأنسجة. مصدران لهما النشاط نفسه قد يسببان جرعات مختلفة جدًا إذا اختلفت الطاقة أو المسافة أو التدريع أو مسار التعرض.
كذلك لا يساوي معدل العد في الكاشف النشاط الحقيقي مباشرة. كفاءة الكاشف والهندسة والامتصاص الذاتي والزاوية الصلبة تحدد أي جزء من الانبعاثات يُسجل. الخلفية يجب قياسها وطرحها بطريقة صحيحة.
العد إحصائي وليس ثابتًا
الاضمحلال الفردي عشوائي، لذلك عدد النبضات في فترة قصيرة يتقلب. عندما تكون الأحداث مستقلة تقريبًا يتبع العد توزيع بواسون ويكون الانحراف المعياري التقريبي √N. جمع عدد أكبر من الأحداث يقلل عدم اليقين النسبي بنحو 1/√N.
هذا يفسر لماذا لا نتوقع أن يعطي الكاشف الرقم نفسه في كل ثانية حتى لو كان المصدر ثابتًا. النتيجة الجيدة تحتاج زمن عد كافيًا، تقدير الخلفية، ومعالجة زمن الموت إذا كان المعدل مرتفعًا.
النشاط النوعي والكتلة
النشاط النوعي هو النشاط لكل وحدة كتلة. لنفس عدد الذرات، النظير الأقصر عمرًا يمتلك نشاطًا نوعيًا أكبر. تحويل الكتلة إلى عدد نوى يتطلب الكتلة المولية وثابت أفوغادرو، ثم يمكن استخدام A=λN.
في التطبيقات العملية يجب ذكر النظير والوحدة والزمن المرجعي؛ فعينة ذات عمر نصف قصير يمكن أن يتغير نشاطها كثيرًا بين التحضير والقياس. لهذا تسجل المختبرات وقت المعايرة وتصحح النشاط إلى تاريخ محدد.
عند معدلات العد العالية يظهر زمن الموت: بعد تسجيل نبضة يحتاج الكاشف والإلكترونيات فترة قصيرة لا يستطيعان خلالها تسجيل حدث جديد. إذا أُهمل هذا الأثر يصبح معدل العد المقاس أقل من الحقيقي بطريقة غير خطية. لذلك تُستخدم نماذج زمن موت ومعايير ذات نشاط معلوم للتحقق من المجال الخطي للجهاز.
تعتمد كفاءة الكشف على طاقة الإشعاع ونوعه وسماكة النافذة والمسافة والهندسة. كاشف غاما قد يسجل فقط جزءًا صغيرًا من الفوتونات المنبعثة، بينما يمكن لكاشف جسيمات مشحونة قريب من المصدر أن يملك كفاءة مختلفة تمامًا. تحويل معدل العد إلى Bq يحتاج منحنى معايرة مناسبًا للطاقة والهندسة نفسها.
في القياسات البيئية والطبية تُستخدم عينات مرجعية وفراغات ومصادر معايرة لمراقبة الاستقرار. كما تُذكر عادةً حدود الكشف وعدم اليقين، لأن نشاطًا صغيرًا قريبًا من الخلفية لا ينبغي عرضه كرقم دقيق من دون تقدير إحصائي.
أمثلة محلولة
تحويل نصف العمر إلى λ
الحل
λ=ln2/T½. كلما قصر نصف العمر كبر λ للنواة الواحدة.
من Bq إلى عدد تحولات
الحل
النشاط 500 Bq يعني متوسط 500 تحول في الثانية، أي نحو 30000 تحول في دقيقة إذا بقي النشاط ثابتًا تقريبًا.
لماذا العد أقل من النشاط؟
الحل
لأن الكاشف لا يغطي 4π بكفاءة كاملة وقد تمتص المادة جزءًا من الإشعاع، إضافة إلى زمن الموت والخلفية.