Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ZÁŘENÍ A RADIOAKTIVITA
Helena Uhrová
ZÁŘENÍ
( )0 cosE E t k xω= −
( )0 cosB B t k xω= −
Elektromagnetické
0
0
1E vB µε
= =
foton
nositel světelného kvanta (hf) h = 6,63.10-34 J.s klidová hmotnost fotonu m0 = 0 setrvačná hmotnost fotonu dána úměrou
mezi energií a hmotností E = mc2 = hf
Korpuskulárnípc hf
hpλ
=
=
záření λ, β, neutronové paprsky katodové a anodové
RADIOAKTIVITA
Přirozená – spontánní přeměna jádra- lehké přirozeně radioaktivní izotopy- těžké přirozeně radioaktivní izotopy
- řada urano-radiová- řada thoriová- řada aktiniová
Umělá – jádra vyrobena pomocí jaderné reakce v urychlovačích
Radioizotopy biogenních prvků a jejich poločasy rozpadu
3H 12,262 let 14C 5730 roků 24Na 15 hodin 32P 14,3 dní 33P 25 dní 35S 87 dní 131J 8 dní
Zákon radioaktivního rozpadu
dN Ndt
λ= −
0tN N e λ−=
fln 2 0,693Tλ λ
= =
f b feλ λ λ= +
b ff
b fe
T TTT T
=+
Radioaktivní rovnováha
Stav, kdy se za jednotku času přeměňuje v řadě radioaktivních izotopů stejný počet atomů
A – rovnováha nenastává
B – přechodná rovnováha
C – trvalá rovnováha
1 2T T⟨
1 2T T⟩
1 2T T⟩⟩
Aktivita radioaktivní látky
Počet atomů, které se přemění za jednotku času (1 s)
Jednotka radioaktivity 1 Ci = 3,7 . 1010 Bq
Měrná aktivita – aktivita hmotnostní jednotky radionuklidu Bq.kg-1
Zákony platné při radioaktivním rozpadu
Zachování elektrického náboje(algebraický součet nábojů jádra a emitovaných částic = konst.)
Zachování počtu nukleonů(počet nukleonů mateřského jádra = počtu nukleonů dceřinného jádra + počtu emitovaných nukleonů)
Zachování hybnosti (součet hybností dceřinného jádra a emitované částice = 0)
Zachování energie
Rozpad jader
- záření
monoenergetické částice Ek – MeV v = 107 m/s čárové spektrum
α4 A-4 ´2 Z-2X He + XA
Z →
β - záření
Emise elektronu
Emise pozitronu
Záchyt elektronu
eA
ZAZ eXX ν~´ 11 ++→ −+
eA
ZAZ eXX ν++→ − 11 ´
eA
ZAZ XXe ν+→+− − ´11
Charakteristika beta rozpadu
spektrum spojité (1,2) emise charakteristického rtg záření (3) dceřinné jádro v excitovaném stavu –
emise gama záření pozitronický rozpad - anihilační záření
0,51 MeV v = 99 % c
Absorpční zákon
ionizace rozptyl pokles intenzity při průchodu hmotným
prostředím absorpční zákon
0xI I e µ−=
ln 2
2xµ =
Gama záření krátkovlnné elmg. záření 10-14 – 10-12 m
vznik: přechod jádra z vyššího na nižší energetický stav (10-14 s)
spektrum diskrétní čárové
E = hf
Fotoelektrický jev
foton absorbován ve slupce K,L jev převládá u měkkého,
tj.nízkenergetického gama záření (méně než 0,8 MeV)
2k v v
12
hv E E mv E= + = +
Comptonův jev
Rozptyl hf na volných elektronech
γ kh E Eν ′= +
( )´ 1 cose
hm c
λ λ λ ϑ∆ = − = −
Tvorba elektron -pozitronových párů
Vznik: při energii hf větší než 1 MeV
anihilace – vznik 2 gama kvant s E = 0,51 MeV
Absorpce gama paprsků v olovu
1 - Comptonův jev2 - Fotoelektrický jev3 - Celkový průběh absorpce4 - Vznik nabitých párů
Rentgenové záření Vznik: při dopadu rychlých e- na pevnou látku část nebo všechna energie vyzářena jako hf rozdíl Ek před a po kolizi – vysokofrekvenční záření
- impulzové (spojité)- charakteristické
Vlastnosti rtg záření ionizace vzduchu viditelná fluorescence řady látek, na které
dopadá působí na fotografickou desku bez lomu prochází i neprůhlednými látkami čím kratší lambda, tím pronikavější Tvrdost záření – rozdílem U mezi K a A Intenzita záření – žhavením K
Neutrony
poločas rozpadu 12 min rozpadem vzniká proton a beta částice s
nízkou energií neutrony - rychlé
- tepelné procházejí na velkou vzdálenost zpomalovače – voda, grafit, uhlovodíky
Ionizující záření
Záření o dostatečné energii, způsobující excitaci a ionizaci molekul a atomů látky, na kterou dopadají Energie 5 keV – energetická hranice pro
- fotonové záření (X, γ)- elektronové záření (β−)- záření α
Ionizující záření
Přímo ionizující- protony, elektrony, pozitrony
Nepřímo ionizující- neutrony, fotony
Zdroje ionizujícího záření Přírodní
- kosmické záření- sluneční záření
Umělé- cyklotron - radiofarmaka a tracery- synchrotron - jaderný reaktor- zařízení pro scintilační a stopovací diagnostické metody- rentgen a zařízení s rentgenkami (CT, mamograf)- terapeutická zařízení (Cs, rtg a γ ozařovače, Leksellův γ nůž)- zařízení pracující s rtg nebo brzdným zářením(CRT zobrazovače)
Jednotky ionizujícího záření Absorbovaná dávka D
Dávkový příkon D´
Expozice X (ozáření) pro vzduchJednotka: C.kg-1 (dříve i R)
Expoziční příkonJednotka: C.kg-1.s-1
EDM
∆=
∆Jednotka: Gy 1 Gy = 1 J.kg-1
´ DDt
∆=
∆Jednotka: Gy.s-1 nebo W.kg-1
Jednotky ionizujícího záření Dávkový ekvivalent H
H = Q . DQ = 1 (gama, beta, X)Q – 2 – 10 (pomalé – rychlé neutrony)Q - 10 (protony)Q – 20 (alfa)
Jednotka: 1 Sv = J.kg -1 (rem = 0,01 Sv)
Q = radiační váhový faktorjakostní faktor udávající, kolikrát je daný druh záření biologicky účinnější než X nebo gama. Základem rentgenové záření o energii 200 keV.
Jednotky ionizujícího záření Efektivní dávka HE
Jednotka: SvwT je tkáňový váhový faktor a HT je ekvivalentní dávka v tkáni T Kerma
Jednotka :Gy Kermový příkon
Jednotka: Gy.s-1
.E T TH w H= ∑
kEKM
∆=
∆
Interakce ionizujícího záření s hmotou
Ztráta energie záření při průchodu hmotou- excitací- rozptylem- jadernou interakcí- buzením brzdného záření- ionizací
- primární- sekundární
Interakce α − částic
vysoká specifická lineární ionizace dolet závisí na EK a vlastnostech
prostředí - pevná látka (E = 3 MeV, Al: x = 0,015 mm)- vzduch (E = 3 MeV x =16 mm)- vzduch (34 eV na 1 iontový pár)
Absorpce - z vnějšku - epidermis (výjimka oko)- vnitřní kontaminace (x = 10-6 m)
Interakce β − částic Ztráta energie při průchodu kolem
elektronů, nakonec záchyt atomem Největší ztráty energie ionizací a excitací Specifická lineární ionizace menší než u
alfa, má proto větší dolet Největší ionizace při E = 146 eV
pevná látka (E = 3 MeV, Al: x = 6,5 mm)
Pružný rozptyl – skutečná dráha 4x delší než dolet
Absorpce beta záření v různých materiálech
Brzdné záření- důsledek Coulombovské interakce- vzniká v materiálech s vysokým
atomovým číslem- spektrum je spojité- vzniká až při větších energiích
elektronů- dolet závisí na materiálu (v měkké
tkáni je v mm)- vznik i v tkáni při distribuci beta
zářiče do tkáně- skladování v kontejnerech s nízkým
atomovým číslem
Interakce γ − částic
Nízké energie - fotoefekt Střední energie – Comptonův rozptyl Vysoké energie – tvorba e-p párů Nepřímá ionizace (sekundární elektrony) Pronikavost – velká – stínit materiály s
velkou hmotností a vysokým at. číslem
Interakce neutronů Energie reaktorových neutronů 10-2 – 108 eV Interakce s elektrony – zanedbatelná Interakce s jádrem Nepřímá ionizace - neutron uvádí pružnými
srážkami s lehkými prvky (H) do pohybu jádra atomů
Potenciálový rozptyl –neutron jadernými silami vychýlen z původní dráhy
Interakce neutronů rozptyl – v materiálech z lehkých atomů – pružné
srážky neutronů a jaderna jádrech H2 se přenese 50 % energie, na Pb jen 1 %
absorpcejádro zachytí neutron a vznikne krátkodobě excitované složené jádro – přechod do stabilního stavu:
- vyzáření gama kvanta u lehkých jader- vyzáření protonu nebo alfa částice u ostatních
S rostoucí energií pravděpodobnost absorpce klesá Většina poškození způsobena odraženými jádry
Interakce nabitých částic
Interakce molekuly s nabitou částicí
působení pomalé částice je větší než rychlé
přenos energie vzrůstá s nábojem částice
hmotnost částice nemá vliv na množství předané energie
Ztráta energie na délkové jednotce dráhy
Bethe-Blochova rovnice
dE/dx – LET (lineární přenos energie) m – klidová hmotnost elektronu ze - náboj částice Z – atomové číslo v – rychlost částice n – počet atomů v cm3
I – střední ionizační potenciál β = v/c (c – rychlost světla)
( ) ( )22 2
2 22
4ln ln 1ee zdE ZmvnZ
dx mv Iπ
β β
− = − − −
Hodnoty nZ pro různé biologické materiály
materiál elektrony /g Vzduch 3,03.1023
Voda 3,34.1023
Sval 3,36.1023
Kost 3,00.1023
Istř.
= Z . 13,5 (ev)