Úloha 7

RADIOAKTIVITA

RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D.RNDr. Ferdinand Varga, Ph.D.

RNDr. Petr Heřman

Úloha 7RADIOAKTIVITA

ZADÁNÍ ÚLOHY

Úkol 1. Radiační pozadíZměřte radiačního pozadí v místnosti.Úkol 2. Ochrana vzdálenostíOvěřte a popište účinnost "ochrany vzdáleností".Úkol 3. Ochrana stíněnímOvěřte a popište účinnost "ochrany stíněním".

1896 – francouzský fyzik H. Becquerel uran vysílá neviditelné záření, které působí na fotografickou desku stejně jako paprsky X (W. C. Röntgen, 1895)

přirozená radioaktivita schopnost některých látek samovolně vysílat záření

(M. Curie-Sklodowská a P. Curie) jednotlivé druhy záření – podle rozdílného chování v elektrickém a magnetickém poli – , a γ

umělá radioaktivita (1933) – I. Curie a F. Joliot-Curie

nestabilní (radioaktivní) atomové jádro po čase změna struktury jádra – emise ionizujícího záření – radioaktivní přeměna

mateřský radionuklid dceřiný nuklid

RADIOAKTIVITA

protonové (atomové) číslo Z – počet protonů v jádře nukleonové (hmotnostní) číslo A – celkový počet nukleonůneutronové číslo N – počet neutronů v jádře N = A–Z

XAZ

Záření alfa ()

proud částic – jader helia – He2+ protonové i neutronové číslo rovno 2 – dva protony a dva neutrony v Mendělejevově periodickém systému

dceřiné jádro o dvě místa vlevo

nejslabší druh jaderného záření, pomalý pohyb, malá pronikavost odstínění i listem papíru

HeXX AZ

AZ

24

24 ´

Záření beta ()

částice kladný nebo záporný náboj rozdíl mezi energií uvolněnou z jádra a kinetickou energií elektronu – tzv. antineutrino  záření –– elektrony

protonové číslo dceřiného prvku o jednotku vyšší

záření +– pozitrony – kladně nabité elektrony protonové číslo dceřiného prvku o jednotku nižší

záchyt elektronu z elektronového obalu protonové číslo dceřiného prvku o jednotku nižší (podobně jako β+)

rychlý pohyb, větší pronikavost (materiály s nízkou hustotou nebo

malou tloušťkou) odstínění vrstvou vzduchu (1 m) nebo olova (1 mm)

eXX AZ

AZ

011 ´

eXX AZ

AZ

011 ´

´101 XXe A

ZAZ

Záření gama (γ)

vysoce energetické elektromagnetické záření vznikající při radioaktivních a jiných jaderných a subjaderných dějích záření o energii fotonů nad 10 keV proniká lépe než korpuskulární záření nebo , (nikoli elektromagnetická) často spolu s či zářením při radioaktivním rozpadu jader poškození jako rentgenové záření: popáleniny, rakovina a mutace pronikavost velmi vysoká odstínění silné štíty z kovů velké hustoty (např. olovo) a nebo slitin kovů velké hustoty (čím vyšší hustota a tloušťka, tím větší odstínění

RADIOAKTIVITA

libovolný atom daného nuklidu má stejnou pravděpodobnost, že se v určitém časovém intervalu přemění přeměnová konstanta (s–1) poločas přeměny – doba, během níž se přemění polovina radioaktivních jader (s)

Radioaktivní přeměna se řídí zákony matematické statistiky. Registrujeme-li částice emitované radioaktivním vzorkem, zjistíme, že jejich počet registrovaný v určitém pevném časovém intervalu je při opakovaném měření různý. Počty částic n při každém takovém měření fluktuují kolem určité střední hodnoty.

OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM

V praxi ochrana pracovníků před zevním ozářením založena na třech principech:

ochrana časem ochrana vzdáleností ochrana stíněním

Způsoby ochrany často kombinují.

OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM

Ochrana časem

radiační zátěž pracovníka je tím menší, čím kratší je doba pobytu v blízkosti zdroje

doba pobytu musí být zkrácena natolik, jak je to z praktického hlediska možné k metodě ochrany časem patří i střídání pracovníků na

místech, kde jsou vystaveni vyšší expozici

Ochrana vzdáleností

fluence záření Φ (efektivní dávka E, resp. ekvivalentní dávka HT) klesá se vzdáleností

(u bodového zdroje v geometrii volného prostoru se čtvercem vzdálenosti – zákon 1/r2)

fluence částic – podíl počtu částic dN, které dopadly v daném bodě prostoru na malou kouli a obsahu jejího příčného řezu dA: jednotkou m–2

při práci co nejdále od zdroje (např. manipulace se zářiči se provádějí pomocí nástrojů s dlouhou rukojetí, pracovník se podle možností co nejméně přibližuje k pacientovi, v jehož těle jsou radioaktivní látky ...)

OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM

A

N

d

d

Ochrana stíněním

mezi zdrojem a pracovníkem vrstva vhodného stínícího materiálu, která zeslabuje svazek záření

rentgenové záření vyšších energií a záření γtěžké materiály (betonové stropy a podlahy, barytové omítky, dveře vyložené olovem, olověné kontejnery na přenášení

radioaktivních látek, olověné kryty na injekční stříkačky při intravenózních aplikacích radionuklidů ...)

záření lehké materiály (např. hliník, plexisklo) pro potlačení vzniku sekundárního brzdného záření (dostačující absorpce záření lehčími materiály)

OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM

DETEKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

interakce záření s prostředím detekce

transformace energie záření do formy, kterou je příslušný detektor schopný zaznamenat a vyhodnotit

nejčastější klasifikace detektorů ionizujícího záření založena na typu pracovního prostředí detektoru

dvě hlavní skupiny: detektory plynové a pevnolátkové

plyny – elektrické izolátory ionizující záření ionizace plynů vodivé plynová náplň detektoru mezi dvěma elektrodami ionizace proudový impuls velikost výsledného impulsu závisí na počtu vzniklých iontových

párů a napětí mezi elektrodami. podle velikosti napětí mezi elektrodami detektoru (pracovní napětí) jednotlivé typy plynových detektorů lišící zejména citlivostí, energetickou rozlišovací schopností

Typy podle stoupajícího pracovního napětíionizační komory pro měření aktivity radiofarmak proporcionální počítačeGeiger-Müllerovy detektory – v radiační ochraně pro monitorování prostředí nebo jako osobní dozimetry pro okamžité monitorování

PLYNOVÉ DETEKTORY

využití v zobrazovací diagnostické technice (CT, PET, scintigrafie, SPECT)Části: scintilátor, fotonásobič, vyhodnocovací zařízení

PEVNOLÁTKOVÉ DETEKTORY

Scintilační detektory

scintilátor – při průchodu ionizujícího záření excitace atomů, při následné deexcitaci vyzařování viditelného světla ve formě záblesků – scintilace anorganické krystalické scintilátory, např. NaI(Tl)

fotonásobič – přeměna scintilací na elektrické impulzy, registrace a zpracování elektronickým vyhodnocovacím zařízením; z  fotokatody po dopadu fotonů v důsledku fotoefektu emitovány elektrony při pohybu od fotokatody přes dynody k anodě urychlovány elektrostatickým polem, počet se zvětšuje vlivem sekundární emise dynod

výsledkem značné zesílení primárního signálu (105–107 ) amplituda (výška impulzů) na výstupu fotonásobiče je úměrná

energii záření absorbované ve scintilátoru dynody – elektrody zapojené přes vmezeřené rezistory v sérii mezi katodou a anodou fotonásobiče tak, že na každé následující (ve směru od katody k anodě) je vyšší –"kladnější" napětí; materiál dynod umožňuje sekundární emisi elektronů

Scintilační detektory

v elektrickém obvodu zařazen polovodičový prvek vodivost modifikována dopadajícím ionizujícím zářením velice citlivé, náročné na provozní podmínky využití v laboratořích pro spektrometrické účely

Polovodičové detektory

krystalická struktura některých látek, např. LiF elektrony v atomových obalech po excitaci přímo

nepřecházejí na původní energetickou úroveň v excitovaném stavu zachyceny v tzv. pastech neumožňujících přímou deexcitaci uvolnění energie až po dodaní další energie z vnějšího prostředí (energie tepelné)

deexcitace provázena detekovatelnou luminiscencí signál úměrný absorbované dávce záření využití např. jako osobní dozimetry

Termoluminiscenčí detektory (TLD)

princip založen na trvalých chemických změnách po ozáření citlivého materiálu (nejčastěji redukce AgBr)

podobně jako u fotografie latentní obraz zviditelnění tzv. vyvoláním ztmavnutí negativu úměrné absorbované dávce záření využití v osobní dozimetrii, filmy využívané v rtg-diagnostice

(skiagrafie)

Filmové detektory

Úkol 1. Radiační pozadíZměřte radiačního pozadí v místnosti.

Úkol 2. Ochrana vzdálenostíOvěřte a popište účinnost "ochrany vzdáleností".

Úkol 3. Ochrana stíněnímOvěřte a popište účinnost "ochrany stíněním".

Školní souprava GamaBeta

zdroje záření γ – 241Am (poločas přeměny 432,7 let) – 90Sr (s poločasem přeměny 29,1 let)

detektor záření (Geiger-Müllerův) s čítačem impulzů absorpční pláty z různých materiálů fixační stativ

Školní souprava GamaBeta

radioaktivita – přirozená součást životního prostředí důležité znát aktuální hodnotu radiačního pozadí, aby bylo možné

identifikovat případnou aktivitu dalších zdrojů

Postup práce měření hodnoty pozadí v místnosti bez použití zdroje záření měřit hodnotu radiačního pozadí np100

po dobu 100 s vypočet průměrné hodnoty np10 pro 10 s interval měření hodnotu pozadí použít v dalších měřeních

Úkol 1. Radiační pozadíZměřte radiačního pozadí v místnosti.

Úkol 2. Ochrana vzdálenostíOvěřte a popište účinnost "ochrany vzdáleností".

s rostoucí vzdáleností od zdroje klesá fluence částic není-li použit bodový zdroj a měření probíhá v přítomnosti

rozptylujícího materiálu pokles fluence pomalejší 1/r2 (dáno příspěvkem rozptýleného záření a pozadí k celkovému počtu detekovaných částic

použitý zdroj záření směrový, polohu zářiče v pozicích stativu aretovat kolíkem

Postup práce četnost detekovaných částic záření i γ ve třech různých

vzdálenostech od zdroje: 4 cm, 8 cm a 16 cm pro každou vzdálenost a každý druh záření 10 (po 10 s) výpočet průměru každé desítky hodnot odečtení hodnoty pozadí od průměrné hodnoty pro každou

vzdálenost a každý druh záření porovnání hodnot popis závislosti úbytku počtu detekovaných částic na vzdálenosti

Úkol 3. Ochrana stíněnímOvěřte a popište účinnost "ochrany stíněním".

míra rozptylu a absorpce záření závisí nejen na druhu a energii záření, ale i na vlastnostech prostředí, v němž dochází k interakci

Postup práce měření četnosti detekovaných částic záření i γ v nejbližší

vzdálenosti zdroj-detektor záření (4 cm) mezi detektor a zdroj přitom vkládat absorpční destičky různých

materiálů měření pro 3 různé absorpční materiály

pro každý druh záření 10 vypočet průměru každé desítky hodnot porovnání hodnot navzájem i bez použití absorpční destičky

(Úkol 2) popis a zdůvodnění míry absorpce jednotlivých typů záření

jednotlivými stínícími materiály