Becquerel

Informace
Becquerel

Systém	Jednotky odvozené z mezinárodního systému
Jednotka…	Aktivita (radioaktivní)
Symbol	Bq
Eponym	Henri becquerel
Převody
1 Bq v ...	je rovný...
SI jednotky	1 s -1

Becquerel (symbol: Bq ) je jednotka odvozená od mezinárodního systému jednotek (SI) pro aktivitu určité množství radioaktivního materiálu , to znamená, že počet rozpadů, které se vyskytují v něm za sekundu. Je homogenní s inverzní funkcí k druhé (s -1 ).

Becquerel byl pojmenován na počest fyzika Henriho Becquerela , objevitele radioaktivity .

Stará jednotka radioaktivity byla curie (Ci). Vztah mezi těmito dvěma jednotkami je následující: 1 Ci = 3,7 × 10 10 Bq = 37 G Bq a naopak 1 Bq ≈ 27 × 10 −12 Ci = 27 p Ci .

Pomocí becquerel

Výpočet radioaktivity dané hmotnosti

Aktivita v becquerelech z Ns radioaktivních atomů poločas je: $t_ {1/2}$

{\ displaystyle A = - {\ frac {\ mathrm {d} N} {\ mathrm {d} t}} = {\ frac {\ ln 2} {t_ {1/2}}} N}

Hmotnost izotopu molární hmotnosti obsahuje krtky, tedy jádra, a proto má aktivitu: $m$ $M$ ${\ displaystyle {\ frac {m} {M}}}$ ${\ displaystyle N = {\ frac {m} {M}} N _ {\ mathrm {A}}}$

{\ displaystyle A = {\ frac {m} {M}} N _ {\ mathrm {A}} {\ frac {\ ln 2} {t_ {1/2}}}}

s = 6,022 141 79 (30) × 10 23 mol -1 ( Avogadrova konstanta ), v gramech, g / mol a sekundách. ${\ displaystyle N _ {\ mathrm {A}}}$ $m$ $M$ $t_ {1/2}$

Například pro gram 226 Ra s poločasem 1600 let (tj. 1600 × 365 × 24 × 3600 ≈ 5,05 × 10 10 s ) a atomovou hmotou 226:

{\ displaystyle A = {\ frac {6,02 \ krát {10 ^ {23}}} {226}} {\ frac {\ ln 2} {5,05 \ krát {10 ^ {10}}}} = 3,66 \ krát {10 ^ {10}} {\ text {Bq}}}

Specifická aktivita radia 226 je tedy 36,6 GBq / g .

Zaokrouhlením také zjistíme hodnotu curie , která byla definována jako radioaktivita jednoho gramu rádia. Curie zůstává používána v jaderném průmyslu, protože je to jednotka docela dobře přizpůsobená vysokým radioaktivitám.

Pokud je vzorek složen z prvku, jehož radioaktivní jsou pouze určité izotopy, je třeba vzít v úvahu izotopové složení vzorku. Typicky, s přihlédnutím k jeho izotopovému složení , 1 gram přírodního draslíku obsahuje 1,17 × 10 −4 gramů 40 K , molární hmotnost 39,963 g / mol (všechny ostatní izotopy jsou stabilní) a poločas t 1/2 = 1,248 × 10 9 let nebo 3,938 × 10 16 sekund. Aktivita jednoho gramu přírodního draslíku proto stojí za:

{\ displaystyle A = {\ frac {1,17 \ krát {10 ^ {- 4}}} {39 963}} N _ {\ mathrm {A}} {\ frac {\ ln 2} {t_ {1/2 }}} = 31 {\ text {Bq}}}

Pokud materiál obsahuje různé radioaktivní izotopy, přidají se jejich příslušné aktivity, aby se získala celková aktivita uvažovaného vzorku.

Slouží k vyjádření množství hmoty

Jak jsme viděli, hmotnost m radioaktivního prvku má radioaktivitu A vyjádřenou v Bq. Často se stává, že v jaderném poli se používá inverzní vztah: počínaje aktivitou A v Bq a se znalostí příslušných izotopů můžeme odvodit hmotnost m daného prvku. By metonymy se často stává, že kvantifikovat hmotnost prvku v becquerelech.

Například množství cesia 137 rozptýleného v životním prostředí během jaderné havárie v Goianii v roce 1987 bylo odhadnuto na 7 TBq . Tento izotop má specifickou aktivitu 3,204 TBq / g . Množství rozlitého cesia je tedy ekvivalentní přibližně 2,2 g .

Tato obvyklá metonymie je částečně vysvětlena použitým měřením: nebudeme vážit prvky, abychom získali hmotnost, změříme radioaktivitu, kterou vydávají, abychom je detekovali. Stejným způsobem měříme radon (přírodní radon, tedy převážně izotop 222 ) v atmosféře v Bq na metr krychlový vzduchu. Koncentrace radonu v venkovního vzduchu obvykle se pohybuje mezi 10 a 30 Bq / m 3 , to znamená hmotnostní koncentraci 1,7 až 5,2 fg / m 3 . Tento řád (femtogram, fg) je obtížné pochopit jako hmotu, což také pomáhá vysvětlit rozsáhlé používání Bq a Bq / m 3 jako měřítka množství radioaktivního materiálu.

Řády činností

Zdrojová aktivita

Becquerel (bez jiné jednotky) charakterizuje aktivitu globálního zdroje:

člověk : jedinec vážící 70 kg má aktivitu kolem 8 000 Bq, z čehož 4500 je způsobeno draslíkem 40 .
Zdroj injekcí během štítné žlázy scintigrafie : 40 x 10 6 Bq (kolem 0,5 MBq na kg hmotnosti pacienta).
Zdroj 60 Co používaný pro gama sterilizaci: od přibližně 15 do více než 1000 kCi (tj. Mezi 10 9 a 10 15 Bq ).
Aktivita uranového jádra uvolňujícího 1 tepelnou MW : 3,234 × 10 16 Bq .
Palivo použité v jaderném reaktoru 10 19 Bq .

Specifická aktivita látky

Becquerel na gram (nebo na kilogram) charakterizuje celkový obsah radioaktivních prvků:

1 mBq / g (nebo 1 Bq / L ): Limit vypouštění kapalin považovaný Electricité de France za „nekontaminovaný“ (limit zvýšený na 100 Bq / L pro vypouštění tritia , které není příliš radiotoxické).

13 mBq / g : Přírodní radioaktivita v mořské vodě : 13 Bq / kg → 13 Bq / L (hlavně kvůli draslíku 40 );
100 Bq / g : Horní hranice pro velmi nízký obsah odpadu podle francouzských předpisů.
Přibližně 180 Bq / g až 10 000 Bq / g : Radioaktivita uranové rudy s koncentrací přibližně 0,1 až 6% (někdy i více) v uranu 238, v sekulární rovnováze s jeho potomky.
12,4 kBq / g : Specifická aktivita čištěného uranu 238 .
1 MBq / g : Horní hranice „ středněaktivního “ jaderného odpadu (odpad AM).
2,3 GBq / g : Specifická aktivita plutonia 239 .
167 TBq / g : Specifická aktivita polonia 210 .
Vyšší než 1 PBq / g : řádově specifická aktivita radionuklidů s krátkým poločasem rozpadu, zejména těch, které se používají v lékařské oblasti. Například, jód-131, který se používá v radioterapii při poruchách štítné žlázy , má specifickou aktivitu 4,6 PBQ / g , nebo fluor-18 , který se používá pro zobrazení PET , který má specifickou aktivitu 3,500 PBQ. / G . Použitá množství jsou vždy malá a obecně představují jen několik nanogramů uvažovaného radioizotopu.

Povrchová aktivita

Becquerel na metr čtvereční se používá k charakterizaci povrchové kontaminace: kontakt s radioaktivní tekutinou nebo atomový spad .

400 Bq / m 2 : limit pro zohlednění povrchové kontaminace zářičů alfa, pod níž se nepovažuje za nutné provádět dekontaminaci.
Kolem 2 000 Bq / m 2 , místně vyšší než 10 000 Bq / m 2 v cesiu 137 : řádově spad ve Francii způsobený jadernou havárií v Černobylu .
40 000 Bq / m 2 : limit pro zohlednění povrchové kontaminace pro beta - gama zářiče.
Více než 100 kBq / m 2 : řádový spad pozorovaný na Ukrajině a v Rusku poblíž místa černobylské jaderné nehody .

Nebezpečí představované radioaktivním zdrojem

Aktivita vyjádřená v becquerelu počítá pouze určitý počet událostí za sekundu, nebezpečná povaha této činnosti závisí na energii a povaze emitovaných částic.

Účinek na zdraví navíc závisí na způsobu, jakým je člověk vystaven radioaktivnímu zdroji: jednoduchá expozice, vdechování, požití ... Konečně, v případě vdechnutí nebo požití účinek závisí na radiotoxicitě těla, souvisí se způsobem, jakým je metabolizován.

Energie uložená zářením v hmotě se měří šedou barvou , zatímco účinek záření na tělo se měří pomocí sievert (homogenní k šedé barvě a vážený nebezpečností typu záření a případně citlivostí uvažovaných živých tkání) ). Například, jak jsme viděli, samotné lidské tělo je slabě radioaktivní kvůli draslíku 40 přítomnému v lidských tkáních. Tato aktivita přibližně 4 500 Bq generuje roční expozici kolem 390 µSv.

Dávka D přibližně přijatá lidským tělem za osm hodin ve vzdálenosti jednoho metru od bodového zdroje gama záření aktivity A (vyjádřeno v Bq) a energie E (vyjádřeno v MeV) je přibližně D = 10 −9 AE ( mGy).

Rozdíl mezi různými typy záření částečně vysvětluje, že bezpečnostní standardy mohou záviset na použitých izotopech: francouzské právo tedy povoluje uvolňování tritia, což je nízkoenergetický beta emitor, v koncentracích (v Bq / L) stokrát vyšších než jiné radionuklidy.

Pro daný radionuklid a za známých expozičních podmínek můžeme spojit aktivitu v becquerelech a dávku přijatou na sievertech: například zavázaná dávka po dobu 50 let (účinná dávka přijatá lidským tělem, které obsahuje radium) pro radium 226 je 0,52 µSv Bq -1 v případě požití lahvičky rádia staré deset let (tedy v rovnováze s jejími potomky). Jedná se o relativně podobný příklad v případě radithor otravy z Eben Byers , který zemřel v roce 1932 od konzumovat asi 40 MBq radia během několika let, podstoupení asi 350 Sv (kumulativní účinky). Na druhou stranu, jednorázové vystavení stejné aktivitě stejného nuklidu, krátce a bez začlenění (žádné vdechování nebo požití, například držení těsně uzavřené lahvičky s roztokem obsahujícím 40 MBq radia 226 po dobu několika minut), nepředstavuje zdravotní riziko (expozice kolem 5 µSv).

V každém případě, aniž by byla známa povaha radionuklidů a podmínky expozice, samotná aktivita uvedená v becquerelech neumožňuje učinit závěr o možném nebezpečí představovaném touto expozicí.

Poznámky a odkazy

Poznámky

Výpočet je podrobně popsán v článku Aktivita (fyzická) .
Různé zdroje uvádějí mezi 1585 a 1610 lety.

Reference

BIPM , „ Brožura SI: Mezinárodní systém jednotek [8. vydání, 2006; aktualizováno v roce 2014]: Tabulka 3. Koherentní odvozené jednotky SI se zvláštními jmény a symboly “ (přístup 15. srpna 2017 ) .
[PDF] I - od pramene k člověku , CLEFS CEA - n o 48 - LÉTO 2003.
[PDF] Postup vyšetření Centra Hospitalier Universitaire Vaudois týkající se scintigrafie štítné žlázy s Tc-99m , na webu chuv.ch, 2010
Brožura „Gama ozařovače pro zpracování záření“ vydaná Mezinárodní agenturou pro atomovou energii, s. 1 15
„ Marine radioecology “ , na www.irsn.fr (přístup 19. října 2020 )
„ Radioaktivita: Velmi nízká aktivita (TFA) “ , na www.laradioactivite.com (přístup 19. října 2020 )
Radioaktivní odpad produkovaný jadernými elektrárnami na webových stránkách ac-rouen.fr
„ NUCLEIDE-LARA na webu (2020) “ , na www.nucleide.org (přístup 19. října 2020 )
„ Dopady havárie v Černobylu ve Francii a v Evropě “ , na www.irsn.fr (přístup 19. října 2020 )
(in) Randall Munroe, „ Radiation “ na webu xkcd.com (přístup 19. října 2020 )
Atomové inženýrství, svazek V, str. 147 - Presses Universitaires de France 1965.
Radium-226 , IRSN.