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]