212_FAEZP 05
Download
Report
Transcript 212_FAEZP 05
FYZIKÁLNÍ ASPEKTY ZÁTĚŽÍ
ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ
5
Aplikace ionizujícího záření a metod
jaderné fyziky v geologii,biologii a
ekologii
1
VYUŽITÍ IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ
Přímé účinky záření na látky či organismy lze
využít k vyvolání změn ve struktuře nebo v
chemickém složení látek, v případě organismů
pak k jejich mutaci, poškození či zničení.
Odražené nebo prošlé záření lze využít k určení
struktury či chemického složení látek.
Detekci radioaktivního záření lze pak využít ke
značkování látek při sledování průběhu procesů v
látkách nebo organismech a k datování
dlouhodobých procesů.
2
APLIKACE PŘÍMÉHO PŮSOBENÍ
strojírenství – defektoskopie
procházející záření indikuje vady
materiálu,
chemie – radiační polymerace,
záření vyvolá chemickou reakci
vedoucí ke vzniku polymerů, které
jsou základem materiálů
používaných v předmětech denní
potřeby.
3
APLIKACE V KRIMINALISTICE
určování
původu oběti na
základě znalosti chemického
složení,
označování
peněz při únosech
(radiaktivní indikátory),
kontrola
zavazadel na letištích.
4
APLIKACE V ARCHEOLOGII
určování
stáří nálezů pomocí
radionuklidových
datovacích
metod,
určování původu keramických
výrobků na základě analýzy
chemického složení,
určování původu podle obsahu
izotopů prvků v zubech.
5
APLIKACE V RESTAURÁTORSTVÍ
konzervace
dřevěných
artefaktů ionizujícím
zářením,
určování stáří pomocí
radionuklidových datovacích
metod,
studium stylu a způsobu
malby pomocí rentgenu.
6
APLIKACE V GEOLOGII
určování
chemického
složení a struktury hornin,
určování
stáří hornin
pomocí radionuklidových
datovacích metod.
7
APLIKACE V LÉKAŘSTVÍ
studium absorpce látek orgány
(radioaktivní indikátory),
léčení zhoubných nádorů
radiofarmaky a přímým
ozařováním,
operace pomocí Lakselova
gama nože,
sterilizace lékařského
materiálu,
radioterapie (lázně Jáchymov).
8
DALŠÍ APLKACE
Vodní hospodářství
měření průtoků řek,
mapování podzemních vod.
Potravinářství
sterilizace potravin.
Zemědělství
šlechtění nových odrůd –změna
genetické informace ionizujícím
zářením.
9
METODY ANALÝZY LÁTEK
aktivační analýza,
rentgenofluorescenční analýza,
difrakční metody.
10
AKTIVAČNÍ ANALÝZA
Aktivujeme-li vzorek analyzované látky
působením vhodně zvoleného jaderného
záření, mohou se původně stabilní nuklidy
detekovaného prvku přeměnit jadernou reakcí
na radionuklidy.
Aktivita vzniklých radionuklidů je pak
úměrná počtu vzniklých radionuklidů, a tedy
počtu původních nuklidů detekovaného prvku.
11
AKTIVAČNÍ ANALÝZA – APLIKACE
určení
obsahu dysprosia a europia ve
vzácných zeminách, které byly
aktivovány neutrony,
určení
obsahu galia v oceli,
aktivované deuterony.
12
RENTGENOFLUORESCENČNÍ
ANALÝZA
Využívá k detekci látek
tzv. charakteristické
záření vyvolané ozářením
látky ionizujícím,
nejčastěji gama nebo
rentgenovým zářením.
13
RENTGENOFLUORESCENČNÍ
ANALÝZA PRINCIP
Záření po dopadu na vzorek látky
excitují elektrony vnitřních slupek na
vyšší energetické hladiny.
Při následné deexcitaci, excitované
elektrony přechází zpět na hladiny
vnitřních slupek a nadbytečnou energii
vyzáří ve formě rentgenového
záření.
Toto záření má vlnové délky, které jsou
charakteristické pro atomy daného
prvku. Z intenzity záření lze určit i
množství prvků v dané látce.
14
RENTGENOFLUORESCENČNÍ
ANALÝZA –APLIKACE
Metodu je možné využít například
při studiu historických památek
jako jsou stavební prvky, sochy,
fresky apod.
Použila se i k analýze měsíčních
hornin v rámci projektu Apollo.
Rovněž k analýze hornin na
Marsu pomocí kosmických sond,
které nesly dálkově řízené
rentgenoflorescenční
spektrometry (sondy Viking,
Pathfinder).
15
METODY RADIOAKTIVNÍCH
INDIKÁTORŮ
Metody využívající přirozený obsah
radionuklidů v dané látce.
Metody využívající cíleně přidané
radionuklidy.
16
METODA RADIOAKTIVNÍCH
INDIKÁTORŮ
Využívá se ke zjištění, jakým způsobem se šíří
nebo kde se usazuje vybraná chemická látka v
daném systému - živý organismus, ekosystém
nebo průmyslový provoz.
Ve sledované látce nahradíme stabilní izotop
vybraného prvku radioizotopem.
Radioaktivní záření vzniklé jeho přeměnou
můžeme detekovat a z naměřené aktivity určit s
použitím zákona radioaktivní přeměny její
množství v příslušné části zkoumaného systému.
17
METODA RADIOAKTIVNÍCH
INDIKÁTORŮ – APLIKACE
Kriminalistika
přibližné určení původu oběti trestného
činu podle obsahu 226Ra, které se
dostává do těla s pitnou vodou,
Obsah tohoto nuklidu ve zdrojích pitné
vody se v různých oblastech liší.
18
RADIONUKLIDOVÉ
DATOVACÍ METODY
Podle zákona radioaktivní přeměny
závisí počet nepřeměněných jader daného
radionuklidu exponenciálně na čase.
Tuto závislost je možné využít k určování
stáří hornin nebo archeologických nálezů.
19
RADIONUKLIDOVÉ DATOVACÍ
METODY - PŘEDPOKLADY
Je nutné vybrat vhodný radionuklid obsažený
v daném vzorku.
Dále je nutné zjistit, zda nedochází k jiným
změnám počtu atomů daného radionuklidu,
než k jejich úbytku radioaktivní přeměnou.
Je nutné definovat pojem stáří vzorku a
zvolit počáteční okamžik.
20
RADIONUKLIDOVÉ DATOVACÍ
METODY - REALIZACE
Změření aktuálního počtu nepřeměněných
atomů nebo jejich aktivitu.
Pro určení stáří je nutné zjistit příslušné
hodnoty ve zvoleném počátečním okamžiku.
Podle volby radionuklidu a určení
počátečního množství jeho atomů
rozlišujeme různé metody určování stáří.
21
METODA RADIOAKTIVNÍHO
UHLÍKU
Datovací metoda, která využívá radioaktivní izotop uhlíku
– 14C, který je stabilně produkován ve vysokých vrstvách
atmosféry interakcí kosmického záření s molekulami
dusíku
14N + n 14C + p.
Ve formě oxidu uhličitého - CO2 jej přijímají rostliny i
živočichové, takže se vytvoří určitá rovnováha mezi jeho
zastoupením v ovzduší a v živých organismech.
Stáří nálezu je počítáno od doby úmrtí živého organismu
pomocí jeho aktuální koncentrace zjištěné měřením jeho
aktivity.
22
METODA RADIOAKTIVNÍHO
OLOVA
Vzhledem k dlouhému poločasu přeměny 238U,
4.5 miliardy let, který je srovnatelný s dobou
existence Země, se využívá v geologii.
Umožňuje určit stáří hornin, tj. dobu od jejich
posledního ztuhnutí (k podstatné migraci atomů
může docházet jen v kapalném stavu).
23
METODA RADIOAKTIVNÍHO
OLOVA
Konečným
produktem
urano-rádiové
rozpadové řady je stabilní izotop 206Pb ,
jejímž výchozím prvkem je 238U.
Množství
uranu na počátku procesu
rozpadu je potom rovno součtu NU + NPb.
Pomocí zákona radioaktivní přeměny pak
můžeme určit před jakou dobou se
radioaktivní izotop uranu stal součástí
zkoumaného materiálu.
24
DIFRAKČNÍ METODY
Difrakce – rozptyl záření v látce.
Při odrazu záření s vlnovou délkou, která je srovnatelná se
vzdálenostmi meziatomových rovin na atomech krystalové
struktury dané látky, dochází k interferenci odraženého záření
a z interferenčních obrazců lze zjistit uspořádání atomů ve
struktuře dané látky.
Lze použít RTG záření –
RTG difrakce nebo
elektrony a neutrony –
elektronová nebo
neutronová difrakce.
25