Curs 12_AT

29
Radioactivitatea • Radioactivitatea reprezintă transformarea spontană a nucleelor instabile în alte nuclee, cu emisia unor radiatii de tip alfa (α), beta (β) sau gama (γ). • Acest fenomen este observat atât la izotopii instabili care se gasesc în natură (radioactivitate naturală) cât şi în cazul ciocnirilor nucleare provocate (radioactivitate artificială).

description

aaa

Transcript of Curs 12_AT

  • RadioactivitateaRadioactivitatea reprezint transformarea spontan a nucleelor instabile n alte nuclee, cu emisia unor radiatii de tip alfa (), beta () sau gama ().Acest fenomen este observat att la izotopii instabili care se gasesc n natur (radioactivitate natural) ct i n cazul ciocnirilor nucleare provocate (radioactivitate artificial).

  • Dezintegrarea -radioactivconst n expulzarea de ctre nucleele grele (A>200) a unor particule de sarcin pozitiv egala cu 2e alctuite din 2 protoni i 2 neutroni legai mpreun (nucleu de He). Se cunosc n jur de 25 de nuclee -radioactive naturale si aproximativ 100 de nuclee -radioactive artificiale. Spectrul de energii al particulelor emise este unul discret.

  • Dezintegrarea Dezintegrarea cuprinde trei tipuri diferite de transformari nucleare:dezintegrarea: transformarea unui neutron (n) din nucleu n proton (p) avnd ca rezultat emiterea unui electron () dezintegrarea: transformarea unui proton (p) din nucleu n neutron (n) avnd ca rezultat emiterea unui pozitron ()captura electronic (K sau L): procesul prin care un electron () este absorbit de ctre un proton din nucleu rezultatul fiind transformarea acestuia ntr-un neutron (n)Spectrul de energii al electronilor sau pozitronilor este unul continuu.

  • Dezintegrarea n general, toate tipurile si de radioactivitate sunt nsoite de emisii de radiaii gama (), adic de fluxuri de fotoni de radiaii electromagnetice de energii foarte ridicate, cu lungimi de und ()

    Radiaiile reprezint forma cea mai rspndit de eliminare a energiei excedentare n cazul dezintegrrilor radioactive. ntruct nivelele energetice ale nucleului sunt discrete, radiaiile vor avea un un spectru discret de linii.

  • Dezintegrarea Cauza fenomenelor radioactive este dat de gradul de stabilitate (sau instabilitate) al nucleului atomic. Dezintegrarea nuclear este o expresie a tendinei nucleului de a trece spre stri de energie ct mai joase i, n acest caz, o dezintegrare este posibil dac este ndeplinit condiia ca energia nucleului nainte de dezintegrare s fie mai mare dect suma enegiilor nucleului rezultat i a particulei emise.

  • Legile dezintegrrilor radioactiveDezintegrrile radioactive nu depind de factori externi precum presiunea, temperatura sau reactiile chimice.Numrului foarte mare de procese care au loc n unitatea de timp n cazul dezintegrrilor radioactive necesit o tratare o fenomenului pe baza unor legi statistice. Astfel, daca dN nuclee ale unei substane radioactive se dezintegreaz intr-un interval de timp infinitezimal dt, raportul , numit vitez de dezintegrare, este proporional cu numrul de nuclee rmase nedezintegrate N:

  • unde este constanta radioactiv a nuclidului respectiv (aceai pentru pentru nucleele aceleai specii) iar semnul - arat c N scade n timp. Numrul de nuclee N ce rmn nedezintegrate dup un interval de timp t se poate afla foarte uor, prin integrarea relaiei, dac se cunoate numrul iniial de nuclee :

    Constanta radioactiv are o dependenta puternic de material:n cazul uraniului este de pentru poloniu este de .

  • Pentru o caracterizare ct mai convenabil a procesului de dezintegrare radioactiv se foloseste notiunea de timp de njumtatire reprezint intervalul de timp t dup care numrul N al nucleelor radioactive se reduce la jumtate

    Timpii de njumttire variaz n limite foarte largi. n cazul thoriului valoarea este de n timp ce pentru neodimiu este de.

  • Statistic se poate calcula durata de viat medie a unui nucleu dintr-o substant radioactiv ca fiind egal cu:

    este intervalul de timp dup care numrul de nuclee N rmase nedezintegrate este egal cu .

    Si n cazul duratei de viata medie , plaja de valori pentru diferiti izotopi este una foarte larg: in cazul uraniului avempentru poloniu durata medie de viata este

  • Interactia radiatiei cu substantaPentru orice radiatie electromagnetica (unde radio, spectru vizibil, infrarosu, ultraviolet, radiatii X sau ) la trecerea ei printr-un material oarecare se produce atenuarea intensitatii sale datorita absorbtiei care depinde de natura materialului ( coeficient de absorbtie):

  • Interactia radiatiei cu substantan cazul radiatiei are loc o atenuare exponential a intensittii cu observatia c aceasta nu scade niciodat la zero, ci numai pn la valoarea fondului cosmic.n schimb, radiatiile nu se atenueaz exponential dect pentru o distant aproximativ egal cu 2/3 din grosimea maxim de material strbtut de radiatii pn la atenuarea complet a acestora.

  • Interactia radiatiei cu substantaIntensitatea particulelor nu se atenueaz aproape deloc pn la sfrsitul parcursului lor prin substant.Atenuarea particulelor se face n special datorit faptului c ele ionizeaz mediul prin care trec; acest lucru este valabil pentru toate particulele ncrcate electric (inclusiv particule ) ns electronii pot pierde energie si prin fenomenul de frnare.

  • Efectele radiatiilorEfectul cel mai important produs de radiatiile penetrante la trecerea lor printr-un mediu dat este ionizarea mediului respectiv.Radiatiile nu pot fi detectate cu ajutorul simturilor (cu exceptia radiatei n infrarosu si n vizibil). n general radiatiile nu pot fi puse n evident dect dac interactioneaz n vreun fel cu materia. Cu ct interactia este mai puternic, deci transferul de energie este mai puternic si efectele produse sunt mai nsemnate, cu att mai usor poate fi pus n evident radiatia.

  • Efectele radiatiilorDin punct de vedere macroscopic efectele radiatiilor pot fi grupate n:efecte optice: colorarea materialelor transparente, producerea de noi benzi de absorptie (n vizibil, ultraviolet, infrarosu, ultraviolet, etc.), scintilatia unor materiale speciale folositi n procesul de detectie,efecte mecanice: variatia densittii, a rezistentei la rupere, torsiune, forfecare a diverselor materiale,efecte chimice: cresterea vitezei unor reactii chimice/cataliz, ruperea de legturi dintre atomii moleculelor, procese de oxidare/reducere, nnegrirea plcilor fotografice (efect fotochimic),

  • Efectele radiatiilorefecte electrice/magnetice: ionizarea mediilor strbtute (inclusiv a izolatorilor), variatia propriettilor electromagnetice (susceptibilitate magnetic, conductibilitate electric),efecte termice: nclzirea mediilor strbtute,efecte biologice: sunt n general nocive, depind de tipul si de energia radiatiei respective ct si de tipul de tesut biologic.

  • Notiuni de dozimetrie. Unitti de msurEfectele produse de iradierea diferitelor corpuri (inclusiv a sistemelor biologice) pot fi caracterizate prin investigarea schimbrilor de proprietti (fizice, chimice, etc.) ale materialelor respective, produse n urma iradierii. Studiile au artat c efectele iradieriilor depind att de natura si energia radiaiei ct si de natura, structura, combinaia chimic, forma de agregare corpului iradiat.

  • Caracterizarea efectelor1. Dezintegrrile radioactive: sunt definite prin numrul de nuclee atomice dezintegrate n unitatea de timp, mrimea fizic corespunztoare fiind activitatea sursei radioactive A:

    Se refer doar la o caracteristic a nucleului atomic.Unitatea de msur n sistemul international este Becquerel (Bq);

    Des ntlnit ca unitate de msur este Curie (Ci);

  • Caracterizarea efectelor2. Doza de radiatii: reprezint o msur a efectului radiatiei asupra materiei. Termenul doz a fost introdus pentru prima dat n radioterapie, prin a analogie cu doza de substant activ din medicamente.Doza de iradiere (doza de ionizare): Reprezint cantitatea de radiatii primit de ctre materie.Unitatea de msur n sistemul international pentru expunerea la radiatii este Roentgenul (R);

  • Caracterizarea efectelorDoza de absorbtie D este egala cu cantitatea de energie W transferat pe unitatea de mas m a corpului iradiat:

    Unitatea de msur n sistemul international se numeste Gray (Gy):

    n practic se foloseste deseori ca unitate de msur rad (roentgen absorbed dose):

  • Caracterizarea efectelorDoza biologic B. Caracterizeaz efectele biologice ale radiatiilor asupra organismelor vii. Iradierea are, n general, efecte negative asupra tesuturilor, gradul de nocivitate fiind puternic influentat de tipul si energia radiatiei ct si de tipul de tesut iradiat.

  • Caracterizarea efectelorDac energia care produce efectul fizic (de iradiere) corespunde dozei de absorbtie D (Gy), mrimea fiziologic ce corespunde dozei biologice B se msoar n sistemul international n Sievert (Sv), iar prin definitie:

    unde cu s-a notat eficacitatea biologic relativ.Unitatea de msur des utilizat n practic este rem-ul (roentgen equivalent for man)

  • Efectele iradieriiStudiile privind influenta radiatiilor au artat c tesuturile cele mai sensibile la iradiere sunt cele care se nmultesc cel mai repede, fiind n ordine: sngele, mucoasele, organele interne, tesuturile musculare si osoase, sistemul nervos. Copii sunt mult mai expusi efectelor negative ale radiatiilor dect adultii.Expunerea la cantitti mari de radiatii are ca efect direct producerea de hemoragii interne, cderea prului, sterilitate si chiar moarte.

  • Efectele iradieriiSemnalmentele clinice ale unei iradieri puternice sunt initial tulburri de respiratie si ale ritmului cardiac, salivare abundent, great si vrsturi, stare general de oboseal, temperatur usor mai ridicat. Ulterior apar anemii, lipsa apetitului digestiv, apare febr ridicat, ulceratii, scderea dramatic a imunittii, organele interne intr ntr-un colaps total. Printre bolile cu cea mai mare rat de incindent cauzate de iradiere (prin ruperea lanturilor de ADN) se numr leucemia si cancerul.

  • RadioprotectiaRadioprotectia este un subiect de prim important si n acelasi timp de maximactualitate, dat fiind folosirea pe scar ct mai larg a tehnologiilor nucleare. Printre cele mai importante surse de contaminare se numr:instalatiile nuclearo-electrice (reactoarele nucleare)industria minier si a materialelor de constructie (n general contaminare cu radon)instalatiile nucleare folosite n cercetare (reactoare nucleare, acceleratoare de particule)instalatiile pentru tratarea (prelucrarea) materialelor radioactive, inclusiv retratarea de deseuri radioactiveiradierea medical n scop investigativ sau pentru tratament(raze X, , izotopi radioactivi)exploziile nucleare (n general contaminare cu strontiu)aplicatiile industriale ale izotopilor radioactivi, iradierea tehnologic, etc.

  • RadioprotectiaSe impune, micsorarea la un nivel ct mai redus posibil a iradierii profesionale iar iradierea neprofesional (accidental) trebuie nlturat complet prin monitorizarea continu a posibilelor surse de radiatii.Se numeste doz maxim admis, suma tuturor dozelor primite de o persoan, n urma iradierii, care nu are efecte negative asupra adultului sntos. Doza maxim admis D (exprimat in remi), acumulat la nivelul ntregului corp este:

    unde N reprezint vrsta subiectului exprimat n ani (cu N 18ani ).

  • RadioprotectiaSe pune de asemenea conditia ca doza acumulat pn la vrsta de 30 de ani s nu depseasc 60 remi (0.6 Sv). Doza maxim admis este de 5 rem/an (0,05 Sv/an).

    Pentru iradierea profesional, n zone supravegheate (precum CERN n Elveia) este de maximum 1,5 rem/an (15 mSv/an). Doza maxim ce se admite pentru membre este de 7,5 rem/an.

  • RadioprotectiaSe defineste doza mortal de radiatie doza de radiatie penetrant ionizant primit de ntregul corp avnd ca rezultat decesul a 50% dintre subiecti ntr-un interval de 30 de zile (fr asisten medical), 2,5-3,0 Gy msurati n interiorul corpului, central, pe linia longitudinal a acestuia.

    Dozele la suprafata corpului pot varia datorit atenurii variabile din partea corpului si sunt puternic dependente de energia radiatiei respective.

  • Detectorii de radiatiiPrincipalele metode de detectie pot fi grupate pe urmtoarele categorii:Metode bazate pe fenomenul de ionizare produs de radiatii sau de schimbare a propriettilor electrice a mediului supus iradieriiMetode bazate pe fenomenul de luminescent produs de radiatii (detectorul cu scintilatie)Metode pentru vizualizarea traiectoriilor particulelorMetode fotografice