Transcript Využití jaderného záření
Slide 1
Využití jaderného záření
(Učebnice strana 131 – 133)
Ionizující záření našlo uplatnění v nepřeberném množství různých aplikací.
Používané radionuklidy se získávají buď z materiálů vykazujících přírodní
radioaktivitu, nebo se připravují ozařováním v reaktorech nebo
urychlovačích. Kromě toho je možné radionuklidy získat i z použitého
paliva jaderných reaktorů.
Využití v průmyslu
Ve zpracovatelských závodech potravinářského
průmyslu se využívají různé systémy kontroly kvality,
pracující na základě prozařování rentgenovými
paprsky, v hutnictví a v chemickém průmyslu měření
výšky hladiny roztavených kovů nebo nebezpečných
kapalin, oslabených stěn různých zkorodovaných
potrubí apod.
Průmyslová defektoskopie: výrobek se prozařuje
zářením gama a na jeho opačné straně se umístí kazeta s filmem.
Skryté vady materiálu se projeví různým stupněm zčernání filmu,
Slide 2
Měření tloušťky materiálu: záření β prochází měřeným materiálem a je
jím pohlcováno v závislosti na tloušťce vrstvy. Metoda se využívá např.
ve válcovnách plechu nebo při výrobě plastů,
Měření tloušťky materiálu pomocí radioaktivního záření je založeno na určení
pohlcování procházejícího záření β v závislosti na tloušťce vrstvy.
a) zářič; b) detektor; c) válcování měřeného materiálu; d) vyhodnocovací
zařízení, které zpětnovazebně působí na změnu přítlaku válcovacího zařízen
Slide 3
Hlásiče kouře a požáru: čidlo obsahuje
radioaktivní zářič α, který v čistém vzduchu
udržuje slabý proud mezi elektrodami. Kouř
v prostoru způsobí změnu tohoto proudu
a elektronika hlásiče na ni zareaguje,
Radiační polymerace: ozářením dojde
k polymeraci materiálů, sloužících k výrobě
sportovní výstroje, obuvi, čalounění apod.,
Stopovací metody: vhodný radioizotop se
přimísí např. ke zpracovávanému materiálu
a umožňuje tak kontrolovat promíchávání
směsí, úniky netěsnostmi v potrubí,
opotřebení součástek strojů apod.
Krátko žijící radioizotopy, sloužící jako
značkovače v diagnostických
procedurách, jsou připravovány před
použitím přímo v nemocnicích
a laboratořích nukleární medicíny.
Slide 4
Používají se při zkoumání koloběhu prvků a látek v rostlinách a živých
organismech (jod, draslík, krev). Radionuklidy s krátkým poločasem
přeměny se přeměňují na neškodné produkty.
Metodou značených atomů sledujeme cestu určité látky v objektu a
stanovuje její místní koncentraci během pohybu.
S látkou je dán do oběhu vybraný radionuklid (stopový indikátor) a jím
vysílané záření je počítačově zobrazováno (jako scintigram).
Nukleární medicína takto zobrazuje orgány a procesy v lidském těle,
vysoké koncentrace radionuklidů v orgánech mohou indikovat
přítomnost zhoubných (rakovinných) buněk.
Slide 5
Využití ve zdravotnictví
Radioaktivní a rentgenové záření se začalo
využívat v medicíně téměř ihned po jejich
objevu a dnes patří využívání nukleární
medicíny k významným lékařským oborům.
Diagnostika: používají se např. metody
obdobné stopovacím metodám v průmyslu.
Do organismu jsou zavedeny vhodné
radioizotopy a měří se stupeň jejich
absorbování různými tkáněmi a orgány,
Radiofarmaka: při léčení zhoubných nádorů
štítné žlázy se zářič dostane přímo
do ložiska nádoru, jeho účinek se omezuje
prakticky jen na ozařovaný nádor,
Radioterapie: zhoubné nádory se ozařují zdroji,
umístěnými mimo tělo pacienta. Používá se buď několik
nepohyblivých zdrojů (paprsky z nich jsou soustředěny
do místa nádoru), nebo jednoho zdroje pohybujícího se
po kružnici (ozařovaný nádor je ve středu této kružnice),
Slide 6
Jednotlivé svazky gama záření
Radiochirurgie: k operacím, například
nenaruší vážně zdravou tkáň okolo,
mozku, se využívá pronikavé záření.
Kobaltové ale v místě cílové oblasti, kde se
Známý Leksellův gama nůž má
zdroje
protnou, se jejich účinek znásobí.
v ozařovací hlavici zabudováno
Zdroje silného gama
Gama
201 zářičů γ jejichž paprsky jsou
záření
soustředěny do operovaného místa, záření, které je
uvolňováno izotopem
Balneologie: používání radioaktivníchkobaltu 60Co.
Cílová
koupelí má dlouhou tradici, např.
Speciální kovová
oblast
v lázních Jáchymov. Léčí se zde
helma s otvory
Místo hluboce
hlavně nemoci pohybového ústrojí,
Soustřeďuje přibližně v lebce, kde
Sterilizace materiálu: ionizující záření ničí choroboplodné
nutnosti
200 paprsků zárodky
gama bez
leží zhoubný
zahřívání materiálu na vysokou teplotu. Taktozáření
se dá do
získat
i sterilní strava při
jednoho
nádor nebo
omezené funkci imunitního systému pacienta.bodu
jiný problém,
který je třeba
odstranit.
Slide 7
Využití v zemědělství
Moderní zemědělství a potravinářská výroba používají k různým
účelům ionizující záření již několik desítek let ve výzkumu i v praxi.
Šlechtitelství: ozařováním semen dochází
k mutacím, lze tak získat plodiny
s pozměněnými vlastnostmi nebo vytvářet
odrůdy zcela nové. Výsledkem takových
pokusů je i růžový bezjadérkový grapefruit.
Přidáním stopového množství radioizotopu
fosforu do průmyslových hnojiv lze průběžně
kontrolovat, kolik hnojiva jednotlivé rostliny přijaly.
Ochrana skladovaných potravin: ozářením
potravin radiokobaltem se zničí mikroorganismy
způsobující hnilobu, dojde k prodloužení doby
skladovatelnosti. Ozařováním se také potlačuje
nežádoucí klíčivost např. brambor,
Chov hospodářských zvířat: analýza záření
z radioindikátorů slouží k optimalizaci krmných
dávek nebo ke kontrole zdravotního stavu zvířat.
Slide 8
Využití v dalších oblastech
Nejznámější aplikací přírodní
radioaktivity v archeologii je metoda
zjišťování stáří předmětů
z organických materiálů měřením
aktivity radioizotopu uhlíku 6C14
(tzv. radiouhlíková metoda)
Poločas rozpadu radioaktivního
uhlíku je 5 730 let. Pomocí zjištění
jeho obsahu v organických zbytcích
sídelních objektů při vykopávkách
lze tyto objekty poměrně spolehlivě
datovat pomocí C14.
Slide 9
Neutronová a rentgenová aktivační analýza
slouží k ověřování pravosti nebo zjišťování
původu uměleckých předmětů.
Pomocí radiouhlíkového datování byla
zkoumána i pravost slavného turínského
plátna. Podle obsahu uhlíku C14 bylo určeno
jeho stáří na přibližně 750 let.
Pokud není možné použít k ochraně uměleckých děl
a dřevěných historických artefaktů běžné chemické
prostředky, lze dřevokazný hmyz a plísně likvidovat
pomocí silných zdrojů gama záření.
V geologii se určuje
stáří hornin pomocí
metod, zvaných
geochronologie.
Věk horniny se zjišťuje na základě
obsahu koncových izotopů některých
rozpadových řad.
Slide 10
Vodohospodáři využívají radionuklidy k měření průtoků v řekách
i vodovodních potrubích. Ozařováním je možno
ošetřit také odpadní vody obsahující některé
nebezpečné látky ještě před přivedením do běžných
čističek odpadních vod. Zářiče s radiokobaltem
zabraňují množení nežádoucích mikroorganizmů, které
snižují kvalitu pitné vody ve studních.
V geologickém průzkumu se už dávno využívá tzv. radioaktivní karotáž.
Při ní se do geologického vrtu nejprve spustí sonda s neutronovým
zářičem a poté se měří sekundární radioaktivita
geologických vrstev, vyvolaná tokem neutronů.
Měřením aktivity plynných radionuklidů v půdě se
určuje stáří geologických vrstev, rozptylem
neutronů se měří vlhkost půdy nebo přítomnost
zdrojů podzemní vody či ropy.
Ionizující záření slouží také při bezpečnostní detekci na letištích,
prověřuje se jím složení materiálů ukládaných na skládky, využívá se
v restaurátorských dílnách atd., radionuklidy mohou být i zdrojem
elektrické energie, např. v odlehlých místech či v kosmu.
Slide 11
Využití v ochraně životního prostředí
V ekologii nacházejí radionuklidy a jejich záření uplatnění především
k indikaci a analýze škodlivých látek v půdě i v ovzduší. Těmito
metodami je možno včas upozornit na nebezpečí poškození životního
prostředí. Sledování radioaktivity v okolí jaderných elektráren a jiných
zařízení jaderného průmyslu je na vysoké úrovni. Včasná kontrola
radioaktivity však může přispět i k ochraně před radioaktivitou
z přírodních zdrojů, např. z popílků tepelných elektráren nebo
z radioaktivního plynu radonu v obytných domech.
Není-li radioaktivní plyn radon z budov pravidelně
odvětráván, hromadí se v místnostech a při jeho
vdechování může být jako alfa zářič nebezpečný.
Využití jaderného záření
jako zdroje elektrické energie
Radionuklidy se samy zahřívají, což lze
využít ke konstrukci jaderných elektrických
baterií, které mají uplatnění jako zdroje napětí
v kosmu nebo na odlehlých místech, kde
není k dispozici jiný zdroj elektrické energie.
Slide 12
Radionuklidy jsou velmi užitečné ve vědě, technice i v lékařství.
Metodou značených atomů je možné sledovat koloběh látek
v organizmech i v přírodě.
Pomocí radionuklidů se dá určovat stáří organických látek a hornin.
Ozařováním radionuklidy je možno ničit zhoubné nádory, sterilizovat
předměty, chránit potraviny.
V průmyslu slouží radionuklidy k měření a kontrole kvality výrobků,
radionuklidy mohou být i zdrojem elektrické energie, např. v odlehlých
místech či v kosmu.
Zdroje přírodního
a umělého záření
1. Kosmické záření
2. Radon
3. Záření zemské kůry
4. Vnitřní zdroje
5. Průmyslové aplikace
6. Lékařské aplikace
7. Záření vzniklé činností
jaderných zařízen
Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 133.
Využití jaderného záření
(Učebnice strana 131 – 133)
Ionizující záření našlo uplatnění v nepřeberném množství různých aplikací.
Používané radionuklidy se získávají buď z materiálů vykazujících přírodní
radioaktivitu, nebo se připravují ozařováním v reaktorech nebo
urychlovačích. Kromě toho je možné radionuklidy získat i z použitého
paliva jaderných reaktorů.
Využití v průmyslu
Ve zpracovatelských závodech potravinářského
průmyslu se využívají různé systémy kontroly kvality,
pracující na základě prozařování rentgenovými
paprsky, v hutnictví a v chemickém průmyslu měření
výšky hladiny roztavených kovů nebo nebezpečných
kapalin, oslabených stěn různých zkorodovaných
potrubí apod.
Průmyslová defektoskopie: výrobek se prozařuje
zářením gama a na jeho opačné straně se umístí kazeta s filmem.
Skryté vady materiálu se projeví různým stupněm zčernání filmu,
Slide 2
Měření tloušťky materiálu: záření β prochází měřeným materiálem a je
jím pohlcováno v závislosti na tloušťce vrstvy. Metoda se využívá např.
ve válcovnách plechu nebo při výrobě plastů,
Měření tloušťky materiálu pomocí radioaktivního záření je založeno na určení
pohlcování procházejícího záření β v závislosti na tloušťce vrstvy.
a) zářič; b) detektor; c) válcování měřeného materiálu; d) vyhodnocovací
zařízení, které zpětnovazebně působí na změnu přítlaku válcovacího zařízen
Slide 3
Hlásiče kouře a požáru: čidlo obsahuje
radioaktivní zářič α, který v čistém vzduchu
udržuje slabý proud mezi elektrodami. Kouř
v prostoru způsobí změnu tohoto proudu
a elektronika hlásiče na ni zareaguje,
Radiační polymerace: ozářením dojde
k polymeraci materiálů, sloužících k výrobě
sportovní výstroje, obuvi, čalounění apod.,
Stopovací metody: vhodný radioizotop se
přimísí např. ke zpracovávanému materiálu
a umožňuje tak kontrolovat promíchávání
směsí, úniky netěsnostmi v potrubí,
opotřebení součástek strojů apod.
Krátko žijící radioizotopy, sloužící jako
značkovače v diagnostických
procedurách, jsou připravovány před
použitím přímo v nemocnicích
a laboratořích nukleární medicíny.
Slide 4
Používají se při zkoumání koloběhu prvků a látek v rostlinách a živých
organismech (jod, draslík, krev). Radionuklidy s krátkým poločasem
přeměny se přeměňují na neškodné produkty.
Metodou značených atomů sledujeme cestu určité látky v objektu a
stanovuje její místní koncentraci během pohybu.
S látkou je dán do oběhu vybraný radionuklid (stopový indikátor) a jím
vysílané záření je počítačově zobrazováno (jako scintigram).
Nukleární medicína takto zobrazuje orgány a procesy v lidském těle,
vysoké koncentrace radionuklidů v orgánech mohou indikovat
přítomnost zhoubných (rakovinných) buněk.
Slide 5
Využití ve zdravotnictví
Radioaktivní a rentgenové záření se začalo
využívat v medicíně téměř ihned po jejich
objevu a dnes patří využívání nukleární
medicíny k významným lékařským oborům.
Diagnostika: používají se např. metody
obdobné stopovacím metodám v průmyslu.
Do organismu jsou zavedeny vhodné
radioizotopy a měří se stupeň jejich
absorbování různými tkáněmi a orgány,
Radiofarmaka: při léčení zhoubných nádorů
štítné žlázy se zářič dostane přímo
do ložiska nádoru, jeho účinek se omezuje
prakticky jen na ozařovaný nádor,
Radioterapie: zhoubné nádory se ozařují zdroji,
umístěnými mimo tělo pacienta. Používá se buď několik
nepohyblivých zdrojů (paprsky z nich jsou soustředěny
do místa nádoru), nebo jednoho zdroje pohybujícího se
po kružnici (ozařovaný nádor je ve středu této kružnice),
Slide 6
Jednotlivé svazky gama záření
Radiochirurgie: k operacím, například
nenaruší vážně zdravou tkáň okolo,
mozku, se využívá pronikavé záření.
Kobaltové ale v místě cílové oblasti, kde se
Známý Leksellův gama nůž má
zdroje
protnou, se jejich účinek znásobí.
v ozařovací hlavici zabudováno
Zdroje silného gama
Gama
201 zářičů γ jejichž paprsky jsou
záření
soustředěny do operovaného místa, záření, které je
uvolňováno izotopem
Balneologie: používání radioaktivníchkobaltu 60Co.
Cílová
koupelí má dlouhou tradici, např.
Speciální kovová
oblast
v lázních Jáchymov. Léčí se zde
helma s otvory
Místo hluboce
hlavně nemoci pohybového ústrojí,
Soustřeďuje přibližně v lebce, kde
Sterilizace materiálu: ionizující záření ničí choroboplodné
nutnosti
200 paprsků zárodky
gama bez
leží zhoubný
zahřívání materiálu na vysokou teplotu. Taktozáření
se dá do
získat
i sterilní strava při
jednoho
nádor nebo
omezené funkci imunitního systému pacienta.bodu
jiný problém,
který je třeba
odstranit.
Slide 7
Využití v zemědělství
Moderní zemědělství a potravinářská výroba používají k různým
účelům ionizující záření již několik desítek let ve výzkumu i v praxi.
Šlechtitelství: ozařováním semen dochází
k mutacím, lze tak získat plodiny
s pozměněnými vlastnostmi nebo vytvářet
odrůdy zcela nové. Výsledkem takových
pokusů je i růžový bezjadérkový grapefruit.
Přidáním stopového množství radioizotopu
fosforu do průmyslových hnojiv lze průběžně
kontrolovat, kolik hnojiva jednotlivé rostliny přijaly.
Ochrana skladovaných potravin: ozářením
potravin radiokobaltem se zničí mikroorganismy
způsobující hnilobu, dojde k prodloužení doby
skladovatelnosti. Ozařováním se také potlačuje
nežádoucí klíčivost např. brambor,
Chov hospodářských zvířat: analýza záření
z radioindikátorů slouží k optimalizaci krmných
dávek nebo ke kontrole zdravotního stavu zvířat.
Slide 8
Využití v dalších oblastech
Nejznámější aplikací přírodní
radioaktivity v archeologii je metoda
zjišťování stáří předmětů
z organických materiálů měřením
aktivity radioizotopu uhlíku 6C14
(tzv. radiouhlíková metoda)
Poločas rozpadu radioaktivního
uhlíku je 5 730 let. Pomocí zjištění
jeho obsahu v organických zbytcích
sídelních objektů při vykopávkách
lze tyto objekty poměrně spolehlivě
datovat pomocí C14.
Slide 9
Neutronová a rentgenová aktivační analýza
slouží k ověřování pravosti nebo zjišťování
původu uměleckých předmětů.
Pomocí radiouhlíkového datování byla
zkoumána i pravost slavného turínského
plátna. Podle obsahu uhlíku C14 bylo určeno
jeho stáří na přibližně 750 let.
Pokud není možné použít k ochraně uměleckých děl
a dřevěných historických artefaktů běžné chemické
prostředky, lze dřevokazný hmyz a plísně likvidovat
pomocí silných zdrojů gama záření.
V geologii se určuje
stáří hornin pomocí
metod, zvaných
geochronologie.
Věk horniny se zjišťuje na základě
obsahu koncových izotopů některých
rozpadových řad.
Slide 10
Vodohospodáři využívají radionuklidy k měření průtoků v řekách
i vodovodních potrubích. Ozařováním je možno
ošetřit také odpadní vody obsahující některé
nebezpečné látky ještě před přivedením do běžných
čističek odpadních vod. Zářiče s radiokobaltem
zabraňují množení nežádoucích mikroorganizmů, které
snižují kvalitu pitné vody ve studních.
V geologickém průzkumu se už dávno využívá tzv. radioaktivní karotáž.
Při ní se do geologického vrtu nejprve spustí sonda s neutronovým
zářičem a poté se měří sekundární radioaktivita
geologických vrstev, vyvolaná tokem neutronů.
Měřením aktivity plynných radionuklidů v půdě se
určuje stáří geologických vrstev, rozptylem
neutronů se měří vlhkost půdy nebo přítomnost
zdrojů podzemní vody či ropy.
Ionizující záření slouží také při bezpečnostní detekci na letištích,
prověřuje se jím složení materiálů ukládaných na skládky, využívá se
v restaurátorských dílnách atd., radionuklidy mohou být i zdrojem
elektrické energie, např. v odlehlých místech či v kosmu.
Slide 11
Využití v ochraně životního prostředí
V ekologii nacházejí radionuklidy a jejich záření uplatnění především
k indikaci a analýze škodlivých látek v půdě i v ovzduší. Těmito
metodami je možno včas upozornit na nebezpečí poškození životního
prostředí. Sledování radioaktivity v okolí jaderných elektráren a jiných
zařízení jaderného průmyslu je na vysoké úrovni. Včasná kontrola
radioaktivity však může přispět i k ochraně před radioaktivitou
z přírodních zdrojů, např. z popílků tepelných elektráren nebo
z radioaktivního plynu radonu v obytných domech.
Není-li radioaktivní plyn radon z budov pravidelně
odvětráván, hromadí se v místnostech a při jeho
vdechování může být jako alfa zářič nebezpečný.
Využití jaderného záření
jako zdroje elektrické energie
Radionuklidy se samy zahřívají, což lze
využít ke konstrukci jaderných elektrických
baterií, které mají uplatnění jako zdroje napětí
v kosmu nebo na odlehlých místech, kde
není k dispozici jiný zdroj elektrické energie.
Slide 12
Radionuklidy jsou velmi užitečné ve vědě, technice i v lékařství.
Metodou značených atomů je možné sledovat koloběh látek
v organizmech i v přírodě.
Pomocí radionuklidů se dá určovat stáří organických látek a hornin.
Ozařováním radionuklidy je možno ničit zhoubné nádory, sterilizovat
předměty, chránit potraviny.
V průmyslu slouží radionuklidy k měření a kontrole kvality výrobků,
radionuklidy mohou být i zdrojem elektrické energie, např. v odlehlých
místech či v kosmu.
Zdroje přírodního
a umělého záření
1. Kosmické záření
2. Radon
3. Záření zemské kůry
4. Vnitřní zdroje
5. Průmyslové aplikace
6. Lékařské aplikace
7. Záření vzniklé činností
jaderných zařízen
Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 133.