Калий-40!

Добрый день, уважаемые читатели.

В продолжении тематики о радиоактивных материалах сегодня мы поговорим об одном из изотопов калия — калии-40.

Вообще калий — это мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. Калий достаточно быстро окисляется на воздухе и легко вступает в химические реакции. В природе калий встречается только в виде соединений с другими химическими элементами.

В природе встречается несколько изотопов калия — калий-39, калий-40 и калий-41. При этом калий-39 и калий-41 являются стабильными. Таким образом только калий-40 претерпевает радиоактивный распад.

Калий-40 составляет всего 0,012% от общего изотопного состава природного калия. При этом именно калий-40 формирует частично естественную радиоактивность человека.

Впрочем, не только. Так же калий-40 содержится во всех продуктах, богатых калием. Например, бананах. Благодаря последним даже появилась шуточная единица активности радиоактивных источников — банановый эквивалент. Банановый эквивалент определяется как активность вещества, вводимого в организм при съедании одного банана.

Но можно ли обнаружить калий-40 в домашних условиях при такой столь низкой распространённости? — оказывается можно. Этим мы сегодня и займёмся.

Для начала определимся что вообще нужно искать — для этого посмотрим схему радиоактивного распада калия-40. Она представлена на рисунке ниже.

Схема распада калия-40

Согласно представленному рисунку практически в 90% случаев калий-40 претерпевает бета-распад. Соответственно и искать необходимо повышенный уровень бета-излучения.

Второй важный вопрос: где искать? Может в бананах, богатых калием? Нет! Его там мало и доступными среднестатистическому обывателю дозиметрами-радиометрами его не обнаружить. Искать нужно либо природных минералах, богатых калием, либо в доступных в продаже солях калия. Для проведения эксперимента воспользуемся хлоридом калия.

Внешний вид упаковки хлорида калия

Для начала определим естественный фон по бета-излучению в помещении (т.е. фоновую плотность потока бета-частиц), где проводится измерение. В подборке фото ниже на первом фото представлен результат измерения альфа+бета+гамма условно т.е. с открытым гамма-фильтром. На втором фото показан результат измерения гамма-излучения т.е. с закрытым гамма-фильтром.

Фактически уровень фона (фоновая плотность потока бета-частиц) по бете равна разности показаний между первым и вторым фото т.е. бета-частиц с энергиями выше порога чувствительности использованного дозиметра-радиометра нет (в данном случае плотностью потока альфа-частиц мы пренебрегли т.к. ему на поверхности стола просто неоткуда взяться — я бы сильно удивился, если бы у меня стол фонил альфой, бетой или гаммой с энергиями выше 50 кэВ).

Теперь можно провести измерения с образцом, содержащем калий-40. Результаты измерения представлены на фото ниже.

Результат измерения плотности потока бета-частиц образца

По результатам измерения видно, что плотность потока бета-частиц с образцом хлорида калия значительно выше, чем плотность потока бета-частиц без него. Фактически по результатам измерения у нас получается сумма плотностей потоков бета-частиц образца и фона. Соответственно плотность потока бета-частиц образца будет равна разнице показаний данных измерений т.е. около 60 частиц/(мин*см2) условно (нормой считается около 20 частиц т.е. имеем условное превышение в 3 раза).

Но что же с оставшимися 10% случаев распада калия-40 в которых испускается гамма-квант? А давайте попробуем обнаружить и гамма-излучение тоже… Для начала измерим фоновый уровень гамма-излучения (мощность дозы гамма-излучения). Результаты измерения представлены на фото ниже.

Результат измерения фонового гамма-излучения

Теперь измерим уровень гамма-излучения с образцом хлорида калия. Результат измерения представлен на фото ниже.

Результат измерения гамма-излучения образца

По результатам измерения хорошо видно, что результаты измерения с образцом хлорида калия несколько выше фоновых показаний. Фактически мы имеем сумму мощностей дозы фонового гамма-излучения и гамма-излучения образца. Мощность дозы гамма-излучения образца будет равна разности данных показаний.

Таким образом, даже при использовании недорого и доступного обывателю дозиметра-радиометра мы смогли обнаружить калий-40 в домашних условиях. При этом следует понимать, что полученные результаты измерений достаточно условны.

А на этом на сегодня всё. С уважением, Андрей.

Список использованной литературы:

1. Калий-40!

2. Козлов В. Ф. Справочник по радиационной безопасности / Козлов В. Ф. — 5-е изд., перераб. и доп. — М. : Энергоатомиздат, 1999. — 514 с.