§ 13. ПРОИЗВОДНЫЕ ЕДИНИЦЫ ВЕЛИЧИН АТОМНОЙ И ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

Для образования производных единиц величин атомной и ядерной физики используются четыре основные единицы Международной системы: метр, килограмм, секунда, ампер.

Дефект массы. Согласно релятивистской механике, масса покоя устойчивой системы взаимосвязанных элементарных частиц меньше суммы масс покоя тех же частиц, взятых в свободном состоянии. Разность

называется дефектом массы системы частиц. Так как правая часть (13.1) выражена в килограммах, то единицей дефекта массы является килограмм (кг).

Энергия связи. Энергия связи — величина, равная разности между энергией связанного состояния некоторой совокупности частиц и энергией тех же частиц, разделенных и бесконечно удаленных друг от друга. Например, энергия связи ядра есть разность между энергией протонов и нейтронов в ядре и их энергией в свободном состоянии. Энергия связи ядра равна той наименьшей энергии, которую необходимо затратить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны, и определяется по формуле

где с — скорость света в вакууме, — дефект массы ядра.

Энергия связи, как и любая другая энергия, выражается в джоулях (Дж.) Как следует из (13.2), размерность энергии связи:

Период полураспада. Периодом полураспада называют время, в течение которого распадается половина радиоактивных атомов изотопа. Период полураспада выражается в секундах (с).

Постоянная радиоактивного распада. Постоянная X радиоактивного распада — величина, равная доле радиоактивных атомов, распадающихся за единицу времени. Из закона радиоактивного распада

получим

где число атомов, распадающихся за время из числа атомов, имевшихся к началу промежутка времени Так как величина безразмерная, то из (13.4) следует, что постоянная радиоактивного распада выражается в секундах в минус первой степени Размерность постоянной радиоактивного распада:

Активность нуклида в радиоактивном источнике (активность изотопа). Активностью А нуклида в радиоактивном источнике называют величину, равную отношению числа распавшихся атомов ко времени за которое

произошел распад:

Из формул (13.3) и (13.5) следует

т. е. активность пропорциональна числу радиоактивных атомов, содержащихся в источнике в момент, для которого определяется активность.

Положив в распад, получим единицу активности:

Эта единица получила наименование беккерель Беккерель равен активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит один акт распада. Размерность активности нуклида:

Удельная массовая активность. Удельной массовой активностью а радиоактивного источника называют величину, равную отношению активности А радиоактивного источника к его массе т. е.

Положив найдем единицу удельной массовой активности:

Беккерель на килограмм равен удельной активности, при которой радиоактивный источник массой 1 кг имеет активность Размерность удельной массовой активности:

Поток ионизирующих частиц. Поток ионизирующих частиц — величина, равная отношению числа частиц, проходящих через некоторую поверхность, к интервалу времени, за которое прошли эти частицы:

Положив получим единицу потока ионизирующих частиц:

Секунда в минус первой степени равна потоку ионизирующих частиц, при котором за время 1 с проходит одна ионизирующая частица. Размерность потока ионизирующих частиц:

Плотность потока ионизирующих частиц. Плотностью потока ионизирующих частиц называют величину, равную отношению потока ионизирующих частиц к площади поверхности, перпендикулярной направлению движения частиц, т. е.

Положив найдем единицу плотности потока ионизирующих частиц:

Секунда в минус первой степени-метр в минус второй степени равен плотности направленного потока ионизирующих частиц, при которой через поверхность площадью перпендикулярную потоку, проходит одна ионизирующая частица за время 1 с. Размерность плотности потока ионизирующих частиц:

Энергия ионизирующего излучения. Энергия ионизирующего излучения есть энергия частиц (или фотонов), входящих в состав излучения. Энергия ионизирующего излучения, как и любая другая энергия, выражается в джоулях. Джоуль равен энергии ионизирующего излучения, эквивалентной работе Размерность энергии ионизирующего излучения:

Поток энергии ионизирующего излучения. Поток Р энергии ионизирующего излучения — величина, равная отношению энергии переносимой ионизирующим излучением через некоторое сечение, к интервалу времени за которое перенесена эта энергия, т. е.

Положив получим единицу потока энергии ионизирующего излучения:

Ватт равен потоку энергии ионизирующего излучения, эквивалентному механической мощности Размерность потока энергии ионизирующего излучения:

Интенсивность ионизирующего излучения (плотность потока ионизирующего излучения). Интенсивностью ионизирующего излучения называют величину, равную отношению потока энергии ионизирующего излучения к площади поверхности, перпендикулярной направлению излучения, т. е.

В случае однородного потока

где поток энергии ионизирующего излучения через поверхность площадью

Положив в получим единицу интенсивности ионизирующего излучения:

Ватт на квадратный метр равен интенсивности направленного излучения, при которой через поверхность площадью расположенную перпендикулярно направлению распространения излучения, за время 1 с переносится энергия Размерность интенсивности ионизирующего излучения:

Доза излучения (поглощенная доза излучения). Дозой излучения называют величину, равную отношению энергии ионизирующего излучения, переданной элементу облученного вещества, к массе этого элемента, т. е.

Положив получим единицу дозы излучения:

Эта единица получила наименование грей Грей равен дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения

1 Дж. Размерность дозы излучения:

Керма. Заряженные частицы, образованные в веществе при прохождении через него ионизирующего излучения, обладают энергией, достаточной для ионизации атомов. Величина, определяющая степень ионизации, производимой этими частицами, или, как говорят, степень косвенной ионизации, называется кермой. Она равна отношению суммы первоначальных кинетических энергий всех заряженных частиц, образованных косвенно ионизирующим излучением в веществе, к массе этого вещества, т. е.

Подставив найдем единицу кермы:

Джоуль на килограмм равен керме, при которой сумма первоначальных кинетических энергий всех заряженных частиц, образованных косвенно ионизирующим излучением в облученном веществе массой равна Размерность кермы:

Мощность дозы излучения (мощность поглощенной дозы излучения). Мощностью дозы излучения называют величину, равную отношению дозы излучения ко времени облучения т. е.

Положив найдем единицу мощности дозы излучения:

Грей в секунду равен мощности дозы излучения, при которой за время 1 с поглощенная доза излучения возрастает на . В греях в секунду выражается также мощность эквивалентной дозы излучения. Размерность мощности дозы излучения:

Мощность кермы. Мощностью кермы называют величину, равную отношению увеличения кермы ко времени, за

которое произошло это увеличение, т. е.

Положив получим единицу мощности кермы:

Ватт на килограмм равен мощности кермы косвенно ионизирующего излучения, эквивалентной мощности дозы излучения Размерность мощности кермы:

Мощность кермы, как и следовало ожидать, выражается в тех же единицах и имеет ту же размерность, что и мощность дозы излучения.

Экспозиционная доза фотонного излучения (экспозиционная доза гамма- и рентгеновского излучений). Экспозиционная доза фотонного излучения есть величина, равная отношению суммы электрических зарядов всех ионов одного знака, созданных электронами, освобожденными в облученном воздухе при условии полного использования ионизирующей способности электронов, к массе этого воздуха:

Положив здесь получим единицу экспозиционной дозы фотонного излучения:

Кулон на килограмм равен экспозиционной дозе фотонного излучения, при которой сумма электрических зарядов всех ионов одного знака, созданных электронами, освобожденными в облученном воздухе массой 1 кг при условии полного использования ионизирующей способности электронов, равна Размерность экспозиционной дозы:

Мощность экспозиционной дозы фотонного излучения. Мощностью экспозиционной дозы фотонного излучения X называют величину, равную отношению экспозиционной дозы фотонного излучения к интервалу времени за

который получена эта доза, т. е.

Положив найдем единицу мощности экспозиционной дозы фотонного излучения:

Ампер на килограмм равен мощности экспозиционной дозы фотонного излучения, при которой за время 1 с экспозиционная доза возрастает на Размерность мощности экспозиционной дозы фотонного излучения:

Гиромагнитное отношение. Гиромагнитным отношением у элементарной частицы (электрона, протона) называют величину, равную отношению магнитного момента частицы к ее моменту импульса (спину) т. е.

Положив получим единицу гиромагнитного отношения:

Эта единица называется герц на тесла. Размерность гиромагнитного отношения: