Promieniowanie jonizujące

Podobne dokumenty
Promieniowanie jonizujące

MATERIAŁ SZKOLENIOWY SZKOLENIE WSTĘPNE PRACOWNIKA ZATRUDNIONEGO W NARAŻENIU NA PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE. Ochrona Radiologiczna - szkolenie wstępne 1

Oddziaływanie cząstek z materią

SYMULACJA GAMMA KAMERY MATERIAŁ DLA STUDENTÓW. Szacowanie pochłoniętej energii promieniowania jonizującego

OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA. Promieniotwórczość

Promieniowanie jonizujące i metody radioizotopowe. dr Marcin Lipowczan

Foton, kwant światła. w klasycznym opisie świata, światło jest falą sinusoidalną o częstości n równej: c gdzie: c prędkość światła, długość fali św.

METODY DETEKCJI PROMIENIOWANIA JĄDROWEGO 3

Promieniowanie jonizujące

Dozymetria promieniowania jonizującego

Dozymetria promieniowania jonizującego

Promieniowanie jonizujące

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

Promieniowanie w naszych domach. I. Skwira-Chalot

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

III. PODSTAWOWE CHARAKTERYSTYKI ŹRÓDEŁ PROMIENIOTWÓRCZYCH. ELEMENTY DOZYMETRII

Podstawowe własności jąder atomowych

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

P O L I T E C H N I K A W R O C Ł A W S K A

doświadczenie Rutheforda Jądro atomowe składa się z nuklonów: neutronów (obojętnych elektrycznie) i protonów (posiadających ładunek dodatni +e)

Promieniotwórczość NATURALNA

PODSTAWY OCHRONY RADIOLOGICZNEJ.

Zadanie 3. (2 pkt) Uzupełnij zapis, podając liczbę masową i atomową produktu przemiany oraz jego symbol chemiczny. Th... + α

II. Promieniowanie jonizujące

Prawo rozpadu promieniotwórczego. Metoda datowania izotopowego.

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

W2. Struktura jądra atomowego

Detekcja promieniowania jonizującego. Waldemar Kot Zachodniopomorskie Centrum Onkologii w Szczecinie

Wpływ promieniowania jonizującego na organizmy

Poziom nieco zaawansowany Wykład 2

Wielkości i jednostki radiologiczne stosowane w danej dziedzinie

PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE FALE ELEKTROMAGNETYCZNE

OCHRONA RADIOLOGICZNA 2. Osłony. Jakub Ośko

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

1. Co to jest promieniowanie jonizujące 2. Źródła promieniowania jonizującego 3. Najczęściej spotykane rodzaje promieniowania jonizującego 4.

III. PODSTAWOWE CHARAKTERYSTYKI ŹRÓDEŁ PROMIENIOTWÓRCZYCH. ELEMENTY DOZYMETRII

Promieniowanie jonizujące

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego - - zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

I ,11-1, 1, C, , 1, C

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

A - liczba nukleonów w jądrze (protonów i neutronów razem) Z liczba protonów A-Z liczba neutronów

Pracownia Jądrowa. dr Urszula Majewska. Spektrometria scyntylacyjna promieniowania γ.

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ, JEJ ZASTOSOWANIA I ELEMENTY OCHRONY RADIOLOGICZNEJ

dr Natalia Targosz-Ślęczka Uniwersytet Szczeciński Wydział Matematyczno-Fizyczny Wpływ promieniowania jonizującego na materię ożywioną

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Fizyka współczesna. Jądro atomowe podstawy Odkrycie jądra atomowego: 1911, Rutherford Rozpraszanie cząstek alfa na cienkich warstwach metalu

Ćwiczenie 3. POMIAR ZASIĘGU CZĄSTEK α W POWIETRZU Rozpad α

Energetyka Jądrowa. Wykład 3 14 marca Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Rozpady promieniotwórcze

III. EFEKT COMPTONA (1923)

Promieniotwórczość naturalna. Jądro atomu i jego budowa.

Seminarium. -rozpad α -oddziaływanie promienowania z materią -liczniki scyntylacyjne. Konrad Tudyka

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI PROMIENIOWANIE JĄDROWE I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

Ochrona radiologiczna

Badanie absorpcji promieniowania γ

Biofizyka

Detekcja promieniowania elektromagnetycznego czastek naładowanych i neutronów

Materiały Reaktorowe. Fizyczne podstawy uszkodzeń radiacyjnych cz. 1.

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 5

2. Porównać obliczoną i zmierzoną wartość mocy dawki pochłoniętej w odległości 1m, np. wyznaczyć względną róŝnice między tymi wielkościami (w proc.

Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Promieniowanie jonizujące

Fluorescencyjna detekcja śladów cząstek jądrowych przy użyciu kryształów fluorku litu

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

Dawki promieniowania jądrowego

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Podstawowe własności jąder atomowych

CHEMIA LEKCJA 1. Budowa atomu, Izotopy Promieniotwórczość naturalna i sztuczna. Model atomu Bohra

Promieniowanie w środowisku człowieka

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Osłabienie promieniowania gamma

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 96: Dozymetria promieniowania gamma

PODSTAWY DOZYMETRII. Fot. M.Budzanowski. Fot. M.Budzanowski

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią Mirosław Lewocki

Pomiary prądu w gazach zjonizowanych.

Promieniowanie jonizujące

W-28 (Jaroszewicz) 36 slajdy Na podstawie prezentacji prof. J. Rutkowskiego. Fizyka jądrowa cz. 1. budowa jądra atomowego przemiany promieniotwórcze

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 40 FIZYKA JĄDROWA

r. akad. 2012/2013 Wykład IX-X Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Fizyka jądrowa Zakład Biofizyki 1

NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI PODSTAWOWE INFORMACJE O REAKCJACH JĄDROWYCH - NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

3. Zależność energii kwantów γ od kąta rozproszenia w zjawisku Comptona

PRACOWNIA JĄDROWA ĆWICZENIE 4. Badanie rozkładu gęstości strumienia kwantów γ oraz mocy dawki w funkcji odległości od źródła punktowego

Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA)

Promieniowanie jonizujące

WYZNACZANIE PROMIENIOWANIA RADONU Instrukcja dla uczniów szkół ponadpodstawowych

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 7 Detekcja cząstek

Zagrożenia naturalnymi źródłami promieniowania jonizującego w przemyśle wydobywczym. Praca zbiorowa pod redakcją Jana Skowronka

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

r. akad. 2012/2013 Wykład IX-X Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Fizyka jądrowa Zakład Biofizyki 1

Wielkości i jednostki radiologiczne. Dariusz Kluszczyński

Elektron i proton jako cząstki przyspieszane

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Budowa atomu, układ okresowy i promieniotwórczość

Atomowa budowa materii

Promieniowanie jonizujące

Transkrypt:

Promieniowanie jonizujące Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią Uniwersytet Rzeszowski, 6 grudnia 2017 Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 1 / 15

Oddziaływanie promieniowania jądrowego z materią Promieniowanie jądrowe α, β, γ, n oddziaływuje z atomami materii przekazując im część swojej energii. Dominuje jonizacja materii - wybijanie elektronów z atomów lub rozpad molekuł materii. W obu przypadkach powstają pary jonów dodatnich (kationy) i ujemnych (aniony). Rodzaje jonizacji : jonizacja bezpośrednia - wywołana przez cząstki naładowane: α, e ± jonizacja pośrednia - wywoływana przez cząstki neutralne: γ, n Może nastąpić także wzbudzenie atomów lub molekuł. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 2 / 15

Jonizacja bezpośrednia Jonizacja bezpośrednia na skutek oddziaływań elektromagnetycznych atomów lub molekuł z cząstkami naładowanymi α, e ±. Zjonizowanie 1 atomu gazu w powietrzu wymaga średnio 32 ev E prom Rodzaj promieniowania jądrowe α jądrowe β ± jądrowe γ roentegnowskie X Energia 4 8 MeV 10 kev 1 MeV 100 kev 10 MeV 10 ev 100 kev Stopniowe przekazywanie energii promieniowania α i β na skutek oddziaływań na całej drodze. Kolumna par jonów znacząca ślad jonizującej cząstki. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 3 / 15

Odziaływanie promieniowania α Cząstka α to jądro 4 2He : masa 4 m N 10 4 m e ładunek + 2 e Stosunkowo niewielka prędkość (v 10 7 m/s c) - duża gęstość jonizacji na krótkim odcinku drogi prowadząca do dużych szkód. Mały zasięg - w powietrzu do 10 cm, ale w tkance 100 µm 0.1 cm. Kartka papieru już zatrzymuje cząstkę α. W tkance cząstka α tworzy 10 3 jonów/1 µm. Komórka ludzka to 10 µm i stąd 10 4 par jonów w komórce - ogromne szkody biologiczne. Przykłady emiterów - rad, radon, polon ( 210 84Po), pluton ( 238 94Pu) 226 88Ra 222 86Rn + 4 2He Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 4 / 15

Odziaływanie promieniowania β Lekkie i szybkie (v c) elektrony/pozytony e ± : mniejsze prawdopodobieństwo oddziaływania z materią niż dla cząstek α mniej par jonów pochodzących z jonizacji mniejsza część energii tracona na swojej drodze Zasięg to 5 500 cm w powietrzu i 5 15 mm w tkance. W przeciętnej komórce powstaje około 500 par jonów na skutek jonizacji przez promieniowanie β. Rekombinacja - cząstki zjonizowane ponownie przyłączają elektrony. Występuje znacznie częściej na śladzie cząstki α niż β. Powrót do stanu sprzed jonizacji następuje o ile substancja nie została uszkodzona w sposób trwały co zwykle zachodzi dla organizmów żywych. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 5 / 15

Jonizacja pośrednia Jonizacja pośrednia jest powodowane przez fotony promieniowania γ lub neutrony n : fotony oddziałują z powłoką elektronową atomów neutrony oddziałują z jądrem atomowym Gwałtowność oddziaływania - γ lub n traci całą lub znaczną część swojej energii w niewielu oddziaływaniach. Przeciwieństwo - cząstka α lub e ± tracą energię stopniowo poprzez tysiące oddziaływań na swojej drodze. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 6 / 15

Oddziaływanie promieniowania γ Efekt fotoelektryczny - wysokoenergetyczny foton γ jest pochłaniany przez silnie związany elektron z powłoki elektronowej atomu bliskiej jądra, który następnie uwalnia się z atomu hν = E k + W W to praca wyjścia, a E k to energia kinetyczna swobodnego elektronu. Efekt Comptona - foton γ jest rozpraszany przez słabo związany elektron z wyższych powłok atomowych, który uwalnia się z atomu γ + e e + γ Powstaje szybki elektron swobodny i foton o mniejszej energii, E γ < E γ Tworzenie par e + e - foton γ o energii E γ > 1.02 MeV = 2m ec 2 rozpada się w polu elektrycznym jądra na parę elektron-pozyton γ + A e + e + + A Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 7 / 15

Przenikliwość promieniowania γ Fotony łatwiej przenikają materię niż pozostałe promieniowanie, gdyż prawdopodobieństwo zajścia procesów z ich udziałem jest małe. Jest ono określone przez kolejne potęgi stałej struktury subtelnej α em 1 137 Eksponencjalny spadek natężenia promieniowania z odległością w materiale I(x) = I 0 e λx Stała tłumienia λ zależy od energii γ oraz rodzaju materiału. Pochłanianie fotonów jest najbardziej efektywne w materiałach ciężkich - ołów, żelazo, beton to osłony przed promieniowaniem γ i X. Foton o energii E γ = 1 MeV - niewielkie osłabienie w ciele ludzkim, ale 100 krotne osłabienie po przejściu 5 cm ołowiu. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 8 / 15

Promieniowanie neutronowe Neutrony przekazują w oddziaływaniu z materią swoją energii kinetycznej. Neutrony oddziaływują z jądrem przenikając przez powłoki elektronowe. Neutrony prędkie E k > 0.5 MeV - oddziałują z jądrami poprzez rozproszenia elastyczne (energia kinetyczna układu n + A jest zachowana). największe starty energii przez oddziaływania z jądrami wodoru - osłony neutronowe to woda, parafina, polietylen (dużo atomów H) w tkance ludzkiej jest dużo H 2 O - silne rozpraszanie neutronów i utrata ich energii na drodze kilku cm. Neutrony powolne E k < 0.5 MeV - powodują reakcje jądrowe. neutrony termiczne - nie mogą tracić energii kinetycznej, gdyż otaczające je jądra mają własną energię drgań, którą oddają neutronom. Wnikają za to do jądra prowadząc do jego rozpadu. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 9 / 15

Zasięg promieniowania - podsumowanie Promieniowanie Energia Powietrze Woda Ołów α 5 MeV 4 cm 25 µm 10 µm β 100 kev 10 cm 150 µm 10 µm 1 MeV 3 m 4 mm 300 µm γ 100 kev 100 m 15 cm 300 µm 1 MeV 250 m 30 cm 3 cm X 10 kev 3 m 5 mm 15 µm 50 kev 80 m 15 cm 250 µm E max β osłabienie strumienia kwantów 10 razy Źródło: Piotr Jaracz, Promieniowanie jonizujące w środowisku, Wydawnictwo UW, Warszawa 2001 Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 10 / 15

Jednostki dozymetryczne Dozymetria - dział fizyki jądrowej zajmujący się badaniem rozkładu promieniowania jonizującego wokół źródła i jego oddziaływania z materią. Aktywność źródła promieniowania jonizującego - liczba rozpadów w jednostce czasu A = dn = Nλ = N ln 2, 1 Bq = 1 rozpad, 1 Ci = 37 GBq dt T 1/2 s Dawka pochłoniąta promieniowania jonizującego - energia promieniowania przekazana jednostce masy substancji D = Eprom m, 1 Gy (grej) = 1 J kg Moc dawki pochłoniętej - dawka pochłonięta w jednostce czasu Ḋ = dd dt, Gy/rok, mgy/h Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 11 / 15

Równoważnik dawki Dawka pochłonięta D nie bierze pod uwagę biologicznej "skuteczności" promieniowania jonizującego. Ta sama energia powoduje różne skutki biologiczne. Na przykład, promieniowanie α powoduje 20 razy silniejszy efekt jonizacyjny niż promieniowanie β o tej samej energii. Równoważnik dawki H - uwzględnia rodzaj promieniowania R H = w R D, 1 Sv (sievert) = w R 1 Gy w R to bezwymiarowy współczynnik jakości promieniowania zmieniający się od 1 dla γ, e ± do 20 dla α, n i cięższych cząstek. Dawka efektywna E - uwzględnia wrażliwość tkanki T na promieniowanie E = w T w R D RT T,R w T to czynnik wrażliwości tkanki na promieniowanie z przedziału (0, 1). Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 12 / 15

Czynniki wagowe w R i w T [ICRP60] Promieniowanie w R Fotony wszystkich energii 1 e ±, miony 1 Neutrony < 10 kev 5 10 kev 100 kev 10 100 kev 2 MeV 20 2 MeV 20 MeV 10 > 20 MeV 5 protony > 2 MeV 5 czastki α, ciężkie jony 20 Tkanka lub narząd w T Gruczoły płciowe (gonady) 0.20 Czerwony szpik kostny 0.12 Jelito grube 0.12 Płuca 0.12 Żołądek 0.12 Pęcherz moczowy 0.05 Gruczoły sutkowe 0.05 Wątroba 0.05 Przełyk 0.05 Tarczyca 0.05 Skóra 0.01 Powierzchnia kości 0.01 Pozostałe tkanki 0.05 CAŁE CIAŁO 1,00 1990 Recommendations of the International Commissions on Radiological Protection, Pergamon Press, Oxford 1991 Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 13 / 15

Podsumowanie Każde promieniowanie oddaje ośrodkowi materii swoją energię powodując określone skutki fizyczne chemiczne biologiczne Głównym efektem fizycznym jest jonizacja atomów i molekuł. Głównym efektem biologicznym jest uszkodzenie DNA w komórce. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 14 / 15

Problemy do rozwiązania 1. Jaka jest prędkość w jednostkach prędkości światła c cząstki alfa o energii kinetycznej 4 MeV, a jaka jest prędkość elektronu o tej samej energii? 2. Obliczyć aktywność promieniotwórczą 1 g radu 226 Ra. Obliczyć moc promieniowania alfa w tym rozpadzie przyjmując średnią energię rozpadu równą 5 MeV. 3. Ile wynosi dawka promieniotwórcza 226 Ra pochłonięta przez człowieka o wadze 65 kg w ciągu 1 godziny? Ile wynosi równoważnik tej dawki? Jaka jest dawka efektywna przy naświetleniu skóry, a jaka przy naświetleniu szpiku kostnego? Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 15 / 15