Читать книгу "Мария Склодовская-Кюри - Дмитрий Прокопец"

окружении — это калий-40 с периодом полураспада 1,3 млрд лет. Ему принадлежат 12 из каждой 1000 атомов калия. Несмотря на слабую радиоактивность (на пять порядков ниже, чем у радия), из-за ощутимого количества калий вносит основной вклад в естественный фон. Однако калий и его соли — твердые вещества.

При распаде радия образуется радон, газ, который неизбежно сочится из стен и оказывается в помещении. Там он становится полонием, оседает на частицах пыли и продолжает превращаться в другие радиоактивные элементы, облучая помещение. Считается, что безопасную дозу радона, выделяющегося из стен здания, обеспечивает эффективная доза радия в 10 Бк/кг (сюда входит еще и торий, который сопутствует радию и тоже образует радон).

Неизбежно радий оказывается на тех свалках, куда попадают приборы со светящимися циферблатами или оборудование из клиник, где применяли радиоактивные материалы. Может он попасть и в металлолом. Тогда на ближайшие тысячелетия (период полураспада радия, как мы знаем, 1600 лет) полученный из лома металл станет источником излучения, сила которого будет зависеть от количества попавшего туда радия.

Новые физические единицы — беккерель и кюри

Теперь все же немного физики. Ведь историю жизни любого ученого нельзя отделить от истории развития науки, которой он посвятил себя.

В 1895 году Вильгельм Конрад Рентген открывает излучение с удивительными свойствами: оно, подобно свету, действует на фотопластинки, возбуждает свечение люминесцентных экранов и с легкостью проникает через непрозрачные преграды. Всего через несколько лет выяснилось, что источником подобного излучения может быть не только работающая трубка Крукса (как в опытах самого Рентгена), но и вещества, содержащие уран. К тому же эти вещества испускали неизвестное излучение непрерывно, неизменно и без подачи энергии извне.

За этим наблюдением последовала буквально лавина открытий: открытие радия, полония, а затем целой вереницы новых радиоактивных элементов. Позже была установлена связь радиоактивного распада с превращением одного элемента в другой, проведены и задокументированы первые ядерные реакции… Одним словом, простой опыт Беккереля с урановой солью, лежащей на фотопластинке, завернутой в черную бумагу, буквально распахнул шкатулку Пандоры, хранящую новые знания. Сейчас понятно, что это была именно шкатулка Пандоры — на каждое новое открытие буквально набрасывались представители отраслей, изготавливающих оружие и другие средства массового уничтожения. Понятно, что повторение каждого опыта невозможно было без точного воспроизведения всех условий, в том числе и равных количеств вещества, в этом опыте принимающего участие. И, конечно, в новой отрасли физики нужны были и новые, доселе неизвестные величины измерения.

Вот об этом мы сейчас и поговорим.

Первым измерительным прибором для определения интенсивности ионизирующей радиации был обыкновенный электроскоп, или электрометр (его, к слову, использовали и супруги Кюри), который разряжался под действием излучения, и скорость этого разряда была пропорциональна интенсивности излучения. А первым эталоном радиоактивности стала… ампула с миллиграммом радия.

Эта ампула была не только эталоном для градуировки электрометров и ионизационных камер — это была также и мера количества радиоактивности. Постоянство излучения радия оказалось в этом смысле просто идеальным его свойством — интенсивность этого излучения зависела только от количества вещества. Поэтому навеска радия весом 1 мг, запаянная в платиновую ампулу, позволяла больше никогда радий не взвешивать. Теперь для измерения количества радия достаточно было сравнить интенсивность гамма-излучения от эталонной ампулы и образца, помещенного в ампулу с такой же толщиной стенки. Причем это был метод, позволявший определить массу радия с высокой точностью. Поэтому запаянные ампулы с радием заняли свое законное место в палатах мер и весов наравне с эталонами метра, килограмма и другими эталонными мерами. В отличие от мер абсурдных, вроде «сферического коня», ампула с радием работала точно.

Строго говоря, источником гамма-излучения является не радий. И именно с этим связано то, что эталоном была запаянная ампула. Дело в том, что радий-226 не излучает гамма-лучи при распаде. Он испускает альфа-частицу, превращаясь в радон-222, который сначала называли эманацией радия. Радон также альфа-активен, в ампуле он претерпевает ряд распадов, испуская альфа— и бета-частицы. Эти распады, в свою очередь, сопровождаются гамма-излучением. Из запаянной ампулы радону деваться некуда — так между радием и радиоактивными продуктами его распада устанавливается многолетнее равновесие: сколько радона (и каждого последующего члена радиоактивного ряда) образовалось, столько и распадается.

Затем стали сравнивать с радием количества и радиоактивности открытых позднее элементов, и появилась такая единица радиоактивности, как миллиграмм-эквивалент радия. То есть такое количество радиоактивного вещества, которое на том же расстоянии дает такую же интенсивность гамма-излучения, как и миллиграмм радия.

Единица радиоактивности миллиграмм-эквивалент радия имеет очевидный недостаток: само гамма-излучение есть определенного рода побочный эффект радиоактивного распада. Зачастую оно либо отсутствует полностью, либо возникает не в каждом акте распада. Поэтому от сравнения по интенсивности гамма-излучения позже перешли к понятию активности, то есть количества актов распада в препарате в единицу времени. Эталон же остался прежний — все та же ампула с радием. Так появилась единица измерения радиоактивности кюри (Ки). Сейчас ее определяют так: активность радиоактивного вещества, в котором в единицу времени распадается столько же атомов (да-да, именно в штуках), сколько распадается атомов радия-226 в одном его грамме.

Понятно, что эта единица названа в честь Пьера Кюри и Марии Склодовской-Кюри. Она была введена в употребление на Международном конгрессе по радиологии и электричеству в Брюсселе (1910 год).

В настоящее время кюри считается устаревшей, как и все другие внесистемные единицы. В современной системе измерений — системе СИ — ее заменил беккерель. Беккерель (Бк) — это активность препарата, в котором в среднем в секунду происходит один распад. Таким образом, 1 Ки = 3,7х1010 Бк.

Электрометр и экспозиционная доза

Электрометр, как уже упоминалось, был первым устройством для измерения интенсивности радиоактивного излучения. Электрометр с определенной скоростью разряжался под действием излучения радия. Этот прибор был также предтечей ионизационной камеры. Камеру заполнял воздух, в ней находились два противоположно заряженных электрода. Эта камера позволяла определить количество ионов, образовавшихся в воздухе, заполнявшем камеру: ионы в электрическом поле внутри ионизационной камеры движутся к электродам и, достигнув, разряжают их. По интенсивности уменьшения заряда электродов и определялось количество пар ионов, образовавшихся в воздухе под действием излучения. А если измерить ток, протекающий через камеру, включенную в цепь источника напряжения, можно определить и количество ионных пар, рождающихся в камере в единицу времени. Понятно, что это количество будет пропорционально интенсивности излучения.

Так измеряют величину, которую назвали экспозиционной дозой радиоактивного излучения. Единица измерения экспозиционной дозы — рентген (Р). То есть при экспозиционной дозе в 1 Р в одном кубическом сантиметре сухого воздуха образуется одна единица по системе СГСЭ (в СИ — кулонов, Кл) заряда каждого из ионов, что соответствует