Aktiivisuus ja becquerel
Radioaktiivinen aktiivisuus on ydinmuutosten määrä aikayksikössä. Becquerel mittaa siis hajoamisnopeutta, ei suoraan absorboitunutta annosta tai biologista vaikutusta.
Perusajatus ja määritelmä
Aktiivisuus A on odotettu hajoamisten määrä sekunnissa. Koska jokaisella radioaktiivisella ytimellä on todennäköisyys λ hajota aikayksikössä, A=λN. Suuri N voi tuottaa suuren aktiivisuuden, vaikka λ olisi pieni.
1 Bq = 1 ydinmuutos sekunnissa
Tämä seuraa mallista eikä ole irrallinen muistisääntö. Suureet kannattaa kirjoittaa näkyviin ja tarkistaa sekä yksiköt että fysikaalinen raja-arvo.
Mekanismi ja kvantitatiivinen malli
1 Bq tarkoittaa yhtä ydinmuutosta sekunnissa. Ilmaisimen laskentanopeuteen vaikuttavat geometria, absorptio, tausta ja hyötysuhde. Siksi 100 pulssia sekunnissa ei automaattisesti tarkoita lähteen aktiivisuutta 100 Bq.
Mitä havainnot ja laskut kertovat
Aktiivisuus pienenee samalla eksponenttilailla kuin N. Kun ytimien määrä puolittuu, myös A puolittuu. Tunnetulla puoliintumisajalla voidaan laskea N=A/λ ja siitä ainemäärä tai massa.
Rajoitukset ja yhteydet
Becquerel on erotettava graysta ja sievertistä. Saman aktiivisuuden lähteet voivat aiheuttaa hyvin erilaisen annoksen säteilylajin, energian, etäisyyden, suojauksen ja kudokseen imeytymisen vuoksi.
Ratkaistuja esimerkkejä
Tehtävä 1
2400 hajoamista tapahtuu 60 s:ssa. Laske aktiivisuus.
Ratkaisu
A=2400/60=40 s⁻¹=40 Bq.
Tehtävä 2
N=5,0×10⁸ ja λ=2,0×10⁻⁴ s⁻¹. Laske A.
Ratkaisu
A=λN=1,0×10⁵ Bq.
Tehtävä 3
Lähteen aktiivisuus on 800 Bq. Mikä se on yhden puoliintumisajan jälkeen?
Ratkaisu
Aktiivisuus puolittuu N:n kanssa: 400 Bq.
Aktiivisuus A on odotettu hajoamisten määrä sekunnissa. Koska jokaisella radioaktiivisella ytimellä on todennäköisyys λ hajota aikayksikössä, A=λN. Suuri N voi tuottaa suuren aktiivisuuden, vaikka λ olisi pieni. 1 Bq tarkoittaa yhtä ydinmuutosta sekunnissa. Ilmaisimen laskentanopeuteen vaikuttavat geometria, absorptio, tausta ja hyötysuhde. Siksi 100 pulssia sekunnissa ei automaattisesti tarkoita lähteen aktiivisuutta 100 Bq. Aktiivisuus pienenee samalla eksponenttilailla kuin N. Kun ytimien määrä puolittuu, myös A puolittuu. Tunnetulla puoliintumisajalla voidaan laskea N=A/λ ja siitä ainemäärä tai massa. Becquerel on erotettava graysta ja sievertistä. Saman aktiivisuuden lähteet voivat aiheuttaa hyvin erilaisen annoksen säteilylajin, energian, etäisyyden, suojauksen ja kudokseen imeytymisen vuoksi.
Todellisessa näytteessä matemaattinen malli on yhdistettävä materiaalin ja mittalaitteen käyttäytymiseen. Isotooppien menetys tai lisäys, säteilyn itseabsorptio, tausta, ilmaisimen rajallinen hyötysuhde ja kemiallinen fraktioituminen voivat muuttaa havaittua signaalia muuttamatta itse hajoamislakia. Siksi johtopäätös kannattaa varmistaa kontrollinäytteellä, riippumattomalla kalibroinnilla tai toisella isotooppijärjestelmällä aina kun mahdollista. Myös suuruusluokka on tarkistettava ennen kuin tulokseen kirjoitetaan enemmän desimaaleja kuin mittaus oikeuttaa. Ydinfysiikassa A:n, Z:n ja sähkövarauksen säilyminen on vahva tarkistus, kun taas aktiivisuudessa ja ajoituksessa eksponentiaalisen muodon ja puoliintumislogiikan on sovittava mitattuihin suhteisiin. Oikea numero väärästä syystä ei ole luotettava tieteellinen selitys.