रेडियोधर्मिता

रेडियोधर्मिता अस्थिर नाभिक का स्वतः परिवर्तन है। किसी एक नाभिक के क्षय का समय पहले से निश्चित नहीं बताया जा सकता, लेकिन बहुत बड़ी संख्या के नाभिकों का औसत व्यवहार क्षय नियतांक और अर्ध-आयु से विश्वसनीय रूप से वर्णित होता है।

अल्फा, बीटा और गामा

अल्फा क्षय में ⁴₂He नाभिक निकलता है, इसलिए A चार घटती है और Z दो घटती है। β⁻ क्षय में एक न्यूट्रॉन प्रोटॉन में बदलता है और इलेक्ट्रॉन तथा प्रतिन्यूट्रिनो निकलते हैं; A वही रहता है और Z एक बढ़ता है। गामा उत्सर्जन उत्तेजित नाभिक की अतिरिक्त ऊर्जा को फोटॉन के रूप में निकालता है और A तथा Z नहीं बदलते।

गतिविधि और becquerel

A = λN में N रेडियोधर्मी नाभिकों की संख्या और λ क्षय नियतांक है। 1 becquerel (Bq) = 1 क्षय प्रति सेकंड। गतिविधि स्रोत की नाभिकीय विशेषता है; यह डिटेक्टर पर दर्ज काउंट-दर, अवशोषित डोज या जैविक जोखिम के बराबर नहीं है।

संरक्षण नियम

कुल विद्युत आवेश, ऊर्जा, संवेग और कोणीय संवेग संरक्षित रहते हैं। β क्षय में न्यूट्रिनो या प्रतिन्यूट्रिनो की उपस्थिति इसी कारण आवश्यक है: केवल इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा मापने पर ऊर्जा और संवेग संतुलन पूरा नहीं होता।

स्रोत, विकिरण और डिटेक्टर

निकला विकिरण रास्ते में अवशोषित या प्रकीर्णित हो सकता है और डिटेक्टर केवल घटनाओं का कुछ भाग दर्ज करता है। इसलिए घटती काउंट-दर का कारण वास्तविक रेडियोधर्मी क्षय, दूरी में बदलाव, अतिरिक्त शील्डिंग या डिटेक्टर दक्षता में परिवर्तन हो सकता है।

भेदन क्षमता और जोखिम

अल्फा कण बाहर से आसानी से रुक जाते हैं, लेकिन शरीर के भीतर अल्फा उत्सर्जक पदार्थ ऊर्जा को बहुत घने रूप में जमा कर सकता है। गामा अधिक भेदी है। वास्तविक जोखिम ऊर्जा, आयनीकरण घनत्व, प्रवेश मार्ग, शरीर में वितरण और समय पर निर्भर है; केवल α, β या γ नाम से जोखिम तय नहीं होता।

क्षय नियम और अर्ध-आयु का संबंध

बड़ी आबादी के लिए N(t) = N₀e^(−λt) और A(t) = A₀e^(−λt) घातीय नियम का पालन करते हैं। अर्ध-आयु T₁/₂ = ln2/λ है। इसका अर्थ यह नहीं कि हर नाभिक ठीक T₁/₂ समय बाद क्षय करता है; यह आबादी के सांख्यिकीय घटने का समय-पैमाना है।

हर अर्ध-आयु के बाद शेष मात्रा आधी होती है: N₀ → N₀/2 → N₀/4 → N₀/8। बराबर समय में समान संख्या नहीं, बल्कि समान अंश क्षय होता है।

पृष्ठभूमि और मापन अनिश्चितता

कम गतिविधि मापते समय प्राकृतिक पृष्ठभूमि काउंट को अलग मापना और घटाना आवश्यक हो सकता है। रेडियोधर्मी काउंटिंग में यादृच्छिक उतार-चढ़ाव भी होते हैं; इसलिए छोटी गणना में दो रीडिंग के अंतर को वास्तविक भौतिक परिवर्तन मानने से पहले सांख्यिकीय अनिश्चितता पर विचार करें।

अर्ध-आयु को गतिविधि से भी पढ़ें

क्योंकि A = λN है और किसी दिए समस्थानिक के लिए λ स्थिर रहता है, गतिविधि भी N के समान अनुपात में घटती है। इसलिए यदि गतिविधि 800 Bq से 400 Bq हो जाती है तो एक अर्ध-आयु बीती है; 200 Bq तक पहुँचने पर दो अर्ध-आयु। यह निष्कर्ष तभी उचित है जब मापन ज्यामिति और डिटेक्टर दक्षता स्थिर हों।

अभ्यास

अल्फा पुत्री नाभिक

²³⁸₉₂U का α क्षय।

हल: A = 234 और Z = 90; पुत्री ²³⁴₉₀Th है।

β⁻ परिवर्तन

¹⁴₆C का β⁻ क्षय।

हल: A = 14 रहता है, Z = 7 हो जाता है; ¹⁴₇N बनता है।

गतिविधि

λ = 2.0 × 10⁻⁵ s⁻¹, N = 3.0 × 10⁸।

हल: A = λN = 6.0 × 10³ Bq।