2. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ РАДІОБІОЛОГІЇ

Нуклони утримуються в ядрі за рахунок ядерних сил, природа яких вивчена поки що недостатньо. Вони у тисячі разів сильніші за електромагнітні і діють на невеликих відстанях, що не перевищують діаметру ядра. Згідно вже згаданого принципу еквівалентності А. Ейнштейна, маса ядра менша за сумарну масу нуклонів, що його складають, саме на величину енергії зв’язку між ними.

Атомні ядра більшості ізотопів природних елементів стабільні. Ця стабільність зумовлена балансом протонів і нейтронів у ядрі. Так, в ядрах атомів ізотопів легких елементів співвідношення протонів і нейтронів складає 1:1. Чим далі від початку (водню) розташовується елемент у періодичній системі, тобто чим більшу масу він має, тим більша у ньому кількість нейтронів і в самих важких приблизно у 1,6 разів більша за кількість протонів. Саме вони – понад 70 ізотопів понад 30-ти елементів – нестабільні. Припускається, що вони знаходяться ще у стані формування. Цей процес складається зі всіляких ядерних перетворень, що супроводжуються виділенням ядерних іонізуючих випромінювань.

Ядерні перетворення – це перехід ядер атомів з одного стану в інший з меншою енергією, котрий супроводжується випусканням високо енергетичних частинок і (або) гамма(γ)-квантів.

При поглинанні ядром атому енергії ззовні стабільний ізотоп може перетворюватись в радіоактивний і при наступному розпаді також виділяти елементарні частинки і кванти. Саме тому поряд з природною радіоактивністю виділяють штучну радіоактивність. Натепер відомі біля 1880 штучних радіоактивних ізотопів практично усіх хімічних елементів, одержаних шляхом спеціального їх опромінення (бомбардування) високо енергетичними частинками або у ядерних реакторах.

Таким чином, радіоактивність – це мимовільне або штучне перетворення атомних ядер нестійкого ізотопу хімічного елементу з основного стану в інший ізотоп цього або іншого елемента, котре супроводжується виділенням енергії шляхом випускання елементарних частинок, гамма-квантів або ядер. Такі ядра і відповідні атоми називаються радіоактивними.

У зв’язку тим, що радіоактивне випромінювання є наслідком розпаду радіоактивного ізотопу, воно веде до поступового зменшення чисельності його атомів. Основний закон радіоактивного розпаду стверджує, що за одиницю часу розпадається однакова частка ядер, що є в наявності. Тому кількість ядер радіоактивного ізотопу з часом зменшується згідно експоненціальній залежності, тобто графічно закон радіоактивного розпаду описується експоненціальною кривою.

Для характеристики швидкості розпаду радіоактивних ізотопів на практиці користуються величиною, яка одержала назву періоду піврозпаду. Період піврозпаду – це час, протягом котрого кількість атомів радіоактивного ізотопу зменшується удвічі. Період піврозпаду позначається індексами Т_1/2 або Т_0,5.

Для різних радіоактивних ізотопів періоди піврозпаду складають від часток секунди до мільярдів років. В зв’язку з цим вони діляться на короткоживучі (частки секунди, секунди, хвилини, години, доби), середньоживучі (тижні, місяці, декілька років), довгоживучі (десятки, сотні, тисячі років, десятки і сотні тисяч років) і наддовгоживучі (мільйони і мільярди років).