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