Искусственная радиоактивность. 
Получение радионуклидов в ядерных реакциях

Можно заметить, что ядро-продукт какой-либо ядерной реакции очень часто оказывается радиоактивным: в этом случае говорят об искусственной радиоактивности. Явление искусственной Р'-радиоактивности было открыто в 1934 г. в опыте и Ф. Жолио-Кюри и И. Кюри по получению нейтронов в реакции а-частиц с алюминием: 27А1(«, и)30Р {Та = 2,5 мин) —? 30Si + е+ + v. После прекращения облучения нейтронами наблюдалась остаточная активность мишени, обусловленная рраспадом.

Как уже отмечалось в Лекции 11, ядерные реакции целенаправленно используются для получения искусственных радионуклидов. В этом случае с практической точки зрения важно установить зависимость активности радионуклида в мишени от времени и интенсивности ее облучения. Для подсчета числа частиц А, попавших на мишень, используют величину интенсивности потока Ja (с '). Если мишень облучается в течение времени dt, то.

При облучении мишеней, проходящем в ускорителях заряженных частиц, интенсивность выражают в единицах ионного тока (обычно, мкА). В общем же случае используют величину плотности потока частиц Ф_л (м ² с '):

где S = V/dx — площадь тонкой мишени. Тогда из (11.5) следует, что.

где о_в — сечение реакции А + В —* С + … Индекс «+» означает накопление радионуклида в результате реакции. Мы также можем записать, что.

¹ Элементы с Z = 93−100 (т.е. от нептуния до фермия) образуются в реакциях нейтронов с тяжелыми ядрами. Кроме того, элементы до Z = 101 (менделевий) включительно получаются при бомбардировке тяжелых мишеней ускоренными ядрами Tie.

Скорость распада dNcJdt радионуклида С определяется, во-первых, постоянной его распада, а во-вторых, сечением ст_с его взаимодействия с потоком частиц А (выгорание радионуклида). В результате

Складывая (16.5) и (16.7) и вводя обозначения приходим к следующей системе дифференциальных уравнений:

Нетрудно заметить, что в том случае, когда плотность потока остается постоянной во времени, последняя система по форме совпадает с системой дифференциальных уравнений для последовательного радиоактивного распада (п. 6.1). Следовательно, активность продукта реакции будет определяться как.

Зависимость Adt) имеет максимум, положение которого определяет оптимальное время облучения т,". Дифференцируя (16.10) по времени и приравнивая производную к нулю, найдем, что

На практике довольно часто можно пренебречь уменьшением числа атомов мишени. В этом случае dNn/dt ~ 0 и.

Наконец, если условия реакции таковы, что ^ «<�т_сФ_А (малые потоки и/или малые сечения выгорания), то выражение (16.10) упрощается далее:

Уравнения активации тонкой мишени (16.10), (16.12) и (16.13) аналогичны соотношениям, описывающим установление равновесия между материнским и дочерним радионуклидами. В (16.12) и (16.13) с увеличением времени облучения второе слагаемое в скобках стремится к нулю, а максимальная, или равновесная, активность А_тах = овФл^в получается при t—+ со. В этом случае на практике время облучения рационально выбрать таким, чтобы активность составила некоторую определенную долю (например У*) от максимальной. Для приведенного примера, согласно (16.12), получим t = 27*1,2(0 (два периода полураспада продукта). Отметим, что данный результат уже никак не связан с характеристиками (<�т) и условиями (Фл) ядерной реакции.