Transcript despre_radiatii_-_www.cncan_.ro_

TEORIA RADIATIILOR
- CONCEPTE DE BAZA-
Notiuni introductive
• Radiatie = forma de energie eliberata la nivel
atomic.
• Exista 2 feluri de radiatii:
– radiatii ionizante = radiatii capabile sa scoata un
electron orbital dintr-un atom cu care
interactioneaza (radiatiile a, b, g, X, neutroni);
– radiatii neionizante = radiatii care nu au suficienta
energie pentru a smulge electroni legati din atomul
cu care interactioneaza (microunde, rad.UV, VIS,
IR, radar, TV, radio).
Concepte de baza ale radioactivitatii
Structura atomului:
• nucleu:
- protoni (p);
- neutroni (n).
• invelis electronic:
- electroni (e).
Structura atomului
• Numarul atomic (Z) = numarul de protoni (p) din nucleul unui
atom;
• Numarul de masa (A) = suma numarului de protoni si a
numarului de neutroni dintr-un nucleu (p + n)
32
15
P
125
53
I
Izotopi
• Atomi cu acelasi numar atomic (Z1 = Z2), dar numere
de masa diferite (A1  A2)
12
6
C
14
6
C
Dezintegrarea radioactiva;
radioactivitatea
• Unii izotopi prezinta configuratii nucleare
instabile de protoni sau neutroni. Prin emisie
de energie sub forma de radiatie ionizanta, ei
“se muta” pe o configuratie mai stabila.
• Exces de energie, exces de masa,
dezechilibru intre sarcinile electrice de semn
opus (e- / p+).
Dezintegrarea radioactiva
• Procesul de emisie spontana (fara vreo influenta din
exterior) de radiatii ionizante dintr-un nucleu instabil
se numeste dezintegrare radioactiva.
• Procesul de dezintegrare radioactiva este guvernat
de legi statistice (nucleele unei cantitati de material
radioactiv au, in fiecare moment, aceeasi
probabilitate de dezintegrare).
Radioactivitatea
• Proprietatea nucleelor atomice ale unor elemente
chimice de a se dezintegra poarta numele de
radioactivitate.
• Prin radioactivitate se intelege, in general, prezenta
nucleelor radioactive in diferite substante, materiale,
mediu etc.
• Ceva anume este (contaminat) radioactiv cand
radioactivitatea sa depaseste limitele normale.
Radioactivitate naturala si artificiala
• Radioactivitatea naturala: prezenta in mediul
inconjurator a unor radionuclizi naturali
(substante radioactive care isi datoreaza
existenta unor procese naturale, neinfluentate
de activitatile umane);
• Radioactivitatea artificiala: prezenta in mediul
inconjurator a unor radionuclizi artificiali
(substante radioactive care isi datoreaza
existenta activitatilor umane).
Radionuclizi naturali si artificiali
• Radionuclizi naturali:
- de origine telurica (radionuclizii primordiali K-40, Rb-87; seriile
radioactive naturale ale U-238, U-235, Th-232);
- de origine cosmogenica (Be-7, H-3, C-14, P-32, P-33).
• Radionuclizi artificiali:
- produsi de fisiune (Cs-136,137; I-129÷133; Sr-89,90; etc.)
- produsi de activare (Co-57,58,60; Pu-238÷242; Cs-134; etc.)
 prezenta anumitor radionuclizi artificiali in mediu si analiza
rapoartelor in care acestia sunt masurati conduce la
posibilitatea identificarii sursei de contaminare a mediului
(explozii nucleare in atmosfera, accidente nucleare, accidente
radiologice)
Tipuri de radiatii
• Emisii de particule (a, b-, b+, n)
• Emisii de fotoni (g , raze X)
Particule a (alfa)
•
•
•
•
•
•
Nuclee de Heliu
Sarcina electrica: +2
Masa: mare
Parcurs in aer: 3 -4 cm
Ecranare: o foaie de hartie
Nu sunt penetrante
(se opresc in stratul exterior al pielii)
• Risc sever la iradierea interna
(incorporare).
Particule b (beta)
•
•
•
•
Electroni / pozitroni
Sarcina electrica: -1, +1
(*) Parcursurile in aer pentru
b-emitatori comuni:
Masa: foarte mica
32P (energie mare, 7 m)
14C (energie medie, 30 cm)
Parcursul in aer: sub 10 m,
3H (energie joasa, 6 mm)
dependent de energie (*)
• Mai penetrante decat a (se opresc
intr-o foita subtire de Aluminiu)
• Risc mediu la iradierea interna si
externa
• Ecranare: materiale cu Z mic (plastic)
Fotoni
• Nu sunt particule (nu au masa, nu au
sarcina electrica), ci “pachete de
energie”.
• Penetrante.
• Ecranare: materiale cu Z mare (Pb)
• Risc radiologic la iradierea interna si
externa
Radiatia g (gama)
• Emisie de fotoni din nuclee excitate
(nuclee cu exces de energie)
• Insoteste de obicei dezintegrarile a , b-,
b+
Radiatiile g si X sunt identice,
dar au origini diferite.
Radiatii X
• Un electron de pe un nivel excitat “cade”
pe o patura electronica inferioara,
pierzand energie prin emisia unei radiatii
X specifice
• Un electron liber este deviat, pierzand
energie sub forma unei radiatii X (“de
franare”)
Distante de penetrare a radiatiilor prin materiale
Activitatea
• O cantitate de material radioactiv poarta denumirea de
sursa radioactiva.
• Activitatea unei surse radioactive = numarul de nuclee
radioactive care se dezintegreaza in unitatea de timp
L = dN/dt = -l·N
de unde: L = L0e- lt (legea dezintegrarii radioactive),
unde L0 =activitatea sursei la momentul t=0;
N = numar de nuclee ramase nedezintegrate la mom.t;
t = timpul;
l = constanta de dezintegrare (probabilitatea unui
nucleu de a se dezintegra in unitatea de timp).
Activitatea
• Unitate de masura:
[L]SI = 1 Bq (Becquerel) = 1 dez / sec
• Unitate de masura veche:
[L]tolerata = 1 Ci (Curie)
 1 Ci = 3.7 ·1010 Bq
In practica, se folosesc...
• Submultiplii Ci:
1 mCi = 10-3 Ci
1 mCi = 10-6 Ci
1 nCi = 10-9 Ci
1 pCi = 10-12 Ci
• Relatia de transformare:
1 Bq = 27 pCi
Timpul de injumatatire
• Timpul in care numarul de nuclee radioactive
scade la jumatate (timpul dupa care se
dezintegreaza jumatate din nucleele
radioactive existente la momentul initial).
Half-Life is the time required for
a given activity to decrease to one
half
Nuclid:
T1/2
3H
12.3 ani
14C
5,73 ani
32P
14.4 zile
125I
60.1zile
Radiatii ionizante …
• Radiatii care produc ionizari directe
– dezintegrarea a;
– dezintegrarea b.
• Radiatii care produc ionizari indirecte
– radiatiile g;
– radiatiile X;
– radiatiile neutronice.
Interactiunea radiatiilor cu materia
• Ionizare (smulgerea
unui electron din
atom, cu transfer de
energie)
• Excitare (ridicarea
unui e pe un nivel
energetic superior,
cu transfer de
energie)
Wexcitare < Wionizare
Particule incarcate
Interactiuni electrice
IONIZARE
Modificari chimice
Efecte biologice
Dozimetria radiatiilor
Marimi dozimetrice
• Doza absorbita = energia cedata de radiatia ionizanta
unitatii de masa a substantei prin care trece:
D = dE / dm
[D]SI = 1 J/kg = 1 Gy (Gray)
[D]tolerata = 1rad = 0.01 Gy
• Doza absorbita = marimea fundamentala a dozimetriei;
= marime masurabila (dozimetre).
• Debitul dozei absorbite: Ď = dD/dt; [Ď] = 1 Gy/s; 1 Gy/h
: marime masurabila (debitmetre de
doza absorbita)
Marimi dozimetrice
• Efectele biologice ale radiatiilor ionizante depind de :
– doza absorbita in mediul iradiat (tesut sau organ);
– caracteristicile mediului biologic iradiat;
– calitatea radiatiei.
• Pentru a lua in considerare toti acesti factori,
radioprotectia utilizeaza marimi care nu sunt direct
masurabile, ci deduse prin calcul.
Marimi dozimetrice
 Radiatii diferite produc efecte diferite asupra materiei vii, in
conditiile in care se transfera aceeasi cantitate de energie.
 Doza echivalenta = doza absorbita intr-un tesut,
ponderata de “periculozitatea” radiatiilor:
H = D·wR
wR = factor de calitate dependent de tipul si energia radiatiei.
(wR =1, pt. rad.X, g, b; wR =20, pt. n rapizi, a)
[H]SI = 1J/kg = 1 Sv (Sievert)
[H]tolerata = 1 rem = 0.01 Sv
Marimi dozimetrice
Probabilitatea efectului biologic datorat unei
anumite H variaza de la un organ sau tesut la
altul: fiecare tesut / organ este caracterizat de o
anumita radiosensibilitate.
Doza efectiva se refera la intregul organism si
este data de suma dozelor efective din toate
tesuturile iradiate ale organismului considerat:
E = ST (wT·HT)
Marimi dozimetrice
Doza efectiva intr-un tesut = produsul dintre doza
echivalenta in acel tesut (HT) si factorul de
ponderare al acelui tesut (wT):
E = wT·HT
[E] = 1 Sv
wT = factori de risc: 0.25, gonade;
0.15, sani;
0.12, maduva osoasa, plamani;
0.03, tiroida, oase;
0.03, restul.
Marimi dozimetrice
• Doza angajata rezultata in urma iradierii
organismului = doza efectiva acumulata in organism
pe o perioada de 50 de ani ulterioara expunerii; [Sv].
• Doza colectiva da o masura a efectului total asupra
sanatatii unei populatii expuse la o sursa data;
[om·Sv].
Expunerea la surse naturale de radiatii ~ 3 mSv/an
Air
Cosmic - 0.3 mSv
Terrestrial - 0.3 mSv
Radon - 2 mSv
Food - 0.4 mSv
Expunerea la surse artificiale de radiatii ~ 0.6 mSv/an
0.05 mSv per trip
5000 Km travel by air
Medical - 0.5 mSv
Power Plants and Fallout < 0.05 mSv