RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ nPřirozená a umělá radioaktivita nRadioaktivní - jádra nestabilní, spontánně se měnící v přírodě - přirozeně radioaktivní. Z jaderných reakcí uměle radioaktivní. nPřirozeně radioaktivní izotopy se dělí na dvě skupiny : nLehké přirozeně radioaktivní izotopy s atomovým číslem Z £ 75, například 14C, 40K,115In, 139La, aj. Hranice mezi nimi a těžkými přirozeně radioaktivním izotopy není náhodná. Lehké netvoří rozpadové řady vnikají stabilní jádra. Největší biologická důležitost 40K a 14C. nTěžké přirozeně radioaktivní izotopy se mění na jiné nestabilní izotopy a vytvářejí tak tři rozpadové řady: nurano-radiovou, aktiniovou, thoriovou logo_uk logo_lf1 Bez názvu mateřský, vznikající izotop pak nazýváme dceřinný. [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ 2 nRadioaktivní rozpad n nN0 určitého prvku, děj náhodný, nicméně je možné počet přeměn matematicky popsat. nPočet jader přeměněných za dt bude dN nl se nazývá přeměnová nebo rozpadová konstanta (poměrná rychlost rozpadu) logo_uk logo_lf1 [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ 3 nRadioaktivní rozpad nFyzikální poločas rozpadu Tf ,, pak nN má hodnotu N0/2 nBiologický poločas Tb nEfektivní poločas Tef. logo_uk logo_lf1 [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ 4 nAktivitou A n počet atomů přeměné za jednu s nA = lN Jednotkou aktivity becquerel (Bq) n(vzorek má aktivitu 1 Bq, jestliže se v něm za 1 s přemění 1 atom) n Rozpadová konstanta l - pro každý radioizotop určitou charakteristickou hodnotu logo_uk logo_lf1 [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ 5 logo_uk Schéma A ® B ® C a.T1 << T2 b.T1 < T2 c.T1 >> T2 T1 = T2 1+1 je nyní 2 a světelné kvantum [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ 6 Radioaktivní řady logo_uk logo_lf1 nUran-radiová řada. mateřský je uran (Tf @ 4,56.109 roků). Tato řada končí stabilním olova . Nukleonová čísla členů této řady jsou charakterizována vzorcem A = 4n + 2; Tato řada je z hlediska využití přirozeně radioaktivních prvků v medicíně nejdůležitější, obsahuje radium a radon, prvky, které jsou terapeuticky využívány (např. v balneologii). n n2. Aktiniová řada. Mateřským prvkem je aktinouran čili (Tf @ 8,5.108 roků. Tato řada končí stabilním izotopem olova . Obecný vzorec nukleonového čísla všech členů této řady je A = 4n + 3. n n3. Thoriová řada. Thorium (Tf @ 1,39.1010 roků) Obecný vzorec nukleonového čísla členů této řady je A = 4n. [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ 7 Druhy radioaktivního rozpadu logo_uk logo_lf1 §1. Zákon zachování elektrického náboje. §2. Zákon zachování počtu nukleonů §3. Zákon zachování hybnosti §4. Zákon zachování energie nRozpad a ® + n Klasická fyzika nedokázala rozpad a vysvětlit. n Velikost kinetické energie částic a je řádově MeV, což odpovídá rychlostem kolem 104 km/s, tedy rychlostem nerelativistickým (menším než 1/10 rychlosti světla ve vakuu [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ 8 Rozpad b logo_uk logo_lf1 nEmise elektronu n Emise pozitronu jaderný proton mění v neutron při současné emisi pozitronu a elektronového neutrina nZáchyt elektronu z elektronového obalu n nU všech je g – záření – elektromg. záření n [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ 9 nJaderná izomerie nRozpady chytají energii okolní elektrony a tak září celé spektrum Elektrony vnitřní konverze. nLineární urychlovače n n logo_uk logo_lf1 [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ 10 nKruhové urychlovače protonů, částic a - cyklotron. nPro elektrony betatron logo_uk logo_lf1 hmotnost elektronu díky relativistické rychlosti již asi 600 brát převyšuje jeho klidovou hmotnost [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ 11 n n logo_uk logo_lf1 Neutrony nemají náboj jen zpomalovat větší než 0,5 MeV a pomalé menší 10-3 eV až do 15 MeV reaktor neutrony štěpení Záření g Kobaltová bomba 60Co o aktivitě řádově 1011–1012 Bq o energii přes 1 MeV dlouhému poločasu kolem 5 roků Kosmické záření 10 GeV Interakce záření s hmotou ztráty jsou: ionizace, excitace, rozptyl, a buzení brzdného záření, popřípadě jaderné interakce. [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ n n logo_uk logo_lf1 Interakce záření s hmotou ztráty jsou: ionizace, excitace, rozptyl, a buzení brzdného záření, popřípadě jaderné interakce. Primární ionizace sekundární ionizace. Celková ionizace je pak součtem primární a sekundární ionizace. a – částice malý dolet b -lehké, malý náboj g - Fotoelektrický jev, Comptonův rozptyl Půlící tloušťka (polotloušťka) D1/2 [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ n n logo_uk logo_lf1 Interakce záření s hmotou . a – částice malý dolet b -lehké, malý náboj g - Fotoelektrický jev, Comptonův rozptyl [USEMAP] RADIOAKTIVITA A IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ n n logo_uk logo_lf1 Interakce záření s hmotou . g -Tvorba elektron-pozitronových párů Vysoká energie (RTG nestačí) MeV = 1,02 MeV 2 kvanta, každé o energii 0,51 MeV, odpovídající klidové hmotnosti elektronu. Tato kvanta se pohybují navzájem opačným směrem PET Interakce neutronů Terče, exotermický Endotermický děj . [USEMAP] Detekce inonizujícího záření nIonizační komory upravený kondenzátor n 10 MBq, lze ionizační proud měřit galvanometrem. Mluvíme o střední hodnotě toku záření nebo celkového ionizačního účinku. nMěříme-li malé aktivity, můžeme registrovat jednotlivé impulsy vzniklé silně ionizujícími pronikajícími částicemi, mluvíme o komůrkách impulsních logo_uk logo_lf1 Bez názvu [USEMAP] Detekce inonizujícího záření nGeiger-Müllerovy počítače n logo_uk logo_lf1 Bez názvu vysoké napětí (řádu 102–103 V) argon četnost impulsů (počet impulsů za minutu) zhášecí náplní 10 % polyatomického plynu (například etanolových par). [USEMAP] Detekce inonizujícího záření n n logo_uk logo_lf1 Bez názvu Integrální a selektivní detekce záření g nScintilační počítače n n Objemová aktivita aV = A/V Bq.m-3 [USEMAP] Osobní dozimetrie nFilmový dozimetr 3x4 cm nexpozice (ozáření ) 1 C.kg-1 nRozměr- kg-1.s.A n1 R (rentgen) = 2,58.10-4 C.kg-1 n Expoziční rychlost nebo expoziční příkon dX/dt nExpoziční rychlost nebo expoziční příkon dX/dt n1 gray (Gy) = 1J.kg-1 absorbovaná dávka [USEMAP] RTG záření - druh ionizujícího záření Fotony rtg záření ionizují prostředí, kterým procházejí. Vzniklé ionty fyzikálně-chemickými mechanizmy indukují biologické účinky. Radiobiologie. Rozeznáváme dva základní druhy biologických účinků: • Účinky stochastické (náhodné) na úrovni buněk - zásahová teorie – • Učinky deterministické (nestochastické) na úrovni tkání [USEMAP] V praxi radiační hygieny je třeba zásadně rozlišovat dva druhy účinků rtg záření. Mechanismy těchto účinků popisuje radiobiologie. Účinek stochastický Účinek deterministický účinek je bezprahový účinek má práh průběh je lineární průběh je nelineární - genetické účinky - poškození tkání - karcinogeneze - nemoc z ozáření [USEMAP] Základní definice těchto účinků. Při stochastickém, bezprahovém účinku záleží dle zásahové teorie na tom, zda procházející foton zasáhne citlivou strukturu buňky – nejčastěji chromosomu – a tím vyvolá poškození buňky. Účinky deterministické jsou kumulativní a představují reakci či poškození dané tkáně na ozáření. Příklad: ozáření kůže ionizujícím zářením - gradace deterministických účinků Nejnižší práh : erytemová dávka – zčervenání kůže - a Vyšší práh : epilační dávka – pigmentace a vypadávání vlasů - b Nejvyšší práh : nekrotická dávka – poškození kůže s nekrozou - c BÚ [USEMAP] Tento typ deterministického účinku je nejčastější. Je vyvolán ozářením kůže rtg zářením, ale stejně i jiným druhem ionizujícího záření – např. UV zářením. Nomenklatura dávek Ve fyzice vyjadřujeme absorbovanou dávku v jednotkách Gray ( Gy ) = J/kg = 100 radů V radiobiologii a ochraně před zářením užíváme efektivní dávku Sievert ( Sv ) = Dabs . QF = 100 rem Dávkový ekvivalent či efektivní dávka dovoluje srovnávat biologické účinky různých druhů ionizujícího záření. QF (quality factor) je pro rtg a gamma záření roven 1. Proto u rtg záření se 1 Gy = 1 Sv. Pozn.: [USEMAP] Základní dozimetrické veličiny užívané v radiační hygieně. Přesněji a podrobněji viz biofyzika. Příklady efektivních dávek při běžných rtg vyšetřeních [USEMAP] [USEMAP]