A 1

Report
ODDZIAŁYWANIE
PROMIENIOWANIA
Z MATERIĄ
TADEUSZ HILCZER
Plan wykładu
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Wprowadzenie
Podstawowe pojęcia
Zderzenie i rozproszenie
Przewodnictwo materii
Naturalne źródła promieniowania jonizującego
Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio
Oddziaływanie promieniowania jonizującego pośrednio
Źródła promieniowania jonizującego
Pole promieniowania jonizującego
Detekcja promieniowania
Skutki napromieniowania materii żywej
Dozymetria medyczna
Ochrona przed promieniowaniem
Osłony przed promieniowaniem
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
2
PROMIENIOTWÓRCZŚĆ
NATURALNA
Promieniotwórczość naturalna
• Układ Planetarny i Słońce powstały 4,6·109 lat temu
• źródła naturalnej promieniotwórczości Ziemi
– pozostałe w skorupie ziemskiej pierwiastki
promieniotwórcze o T1/2  od wieku Ziemi
– promieniowanie kosmiczne
– pierwiastki promieniotwórcze wytwarzane przez
promieniowanie kosmiczne w atmosferze i na
powierzchni Ziemi
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
4
Rozpad promieniotwórczy
ro zp a d 
k o n w e rs ja w e w n ę trzn a
ro zp a d p o zy to n o w y

e
+

ro zs zc ze p ie n ie
s p o n ta n ic zn e
~

w ychw yt E
e m is ja k w a n tu
p ro m ie n io w a n ia
e

-
~

ro zp a d n e g a to n o w y

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
5
Rozpad promieniotwórczy
• czas, po którym zachodzi rozpad można określić
statystycznie
• średni czas życia, na podstawie obserwacji dużej liczby
przypadków
• czas życia pojedynczego jądra jest nieokreślony
• liczba rozpadających się jąder w określonym czasie jest
proporcjonalna do liczby istniejących w tym czasie jąder
dN  N dt
• liczba rozpadów w jednostce czasu - aktywność A
A
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
dN
dt
N
[Bq]
-1
( rozpad s )
6
Rozpad promieniotwórczy

t 

N (t )  N ( 0 ) exp  
 T 
1/2 

• okres połowicznego zaniku
T1 / 2 
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
ln 2

  ln 2
7
Rodziny promieniotwórcze
• rodzina promieniotwórcza - pierwiastki z kolejnych rozpadów
od tego samego pierwiastka początkowego
– mają od T1/2 = 109 lat do T1/2 = 10-11 s
• ciężkie pierwiastki ulegają głównie rozpadowi 
– liczba masowa zmienia się o 4
– mogą istnieć cztery rodziny
• trzy rodziny zawierają istniejące obecnie w przyrodzie
pierwiastki promieniotwórcze
• jedna zawiera pierwiastki nie występujące już w przyrodzie
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
8
Rodziny promieniotwórcze
• początkowe pierwiastki promieniotwórcze rodzin istniejących
w przyrodzie
– 238U (T1/2 = 4,5.109 lat) - rodzina uranowa
– 235U (T1/2 = 3,17.108 lat) - rodzina aktynowo-uranowa
– 232Th (T1/2 = 1,4.1010 lat) - rodzina torowa
• początkowy pierwiastek promieniotwórczy rodziny nie
istniejącej w przyrodzie
– 237Np (T1/2 = 2,2.106 lat, około 2000 razy krótszy od
wieku Ziemi) - rodzina neptunowa
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
9
Promieniotwórczość skorupy Ziemi
• w skorupie ziemskiej są
– pierwiastki promieniotwórcze których T1/2 jest większy od
czasu życia Ziemi
• większość ciężkich A>210
• nieliczne izotopy pierwiastków lżejszych
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
10
Promieniowanie kosmiczne
• promieniowanie kosmiczne
– jest źródłem promieniowania jonizującego
– wytwarza w atmosferze lub na powierzchni Ziemi wiele
izotopów promieniotwórczych
• w napromieniowaniu organizmów żywych odgrywają
rolę tylko 3H, 3Be, 14C, 22Na
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
11
Łańcuchy przemian promieniotwórczych
• łańcuch przemian promieniotwórczych - po rozpadzie
pierwiastka promieniotwórczego powstaje kolejny
pierwiastek promieniotwórczy
– opisany przez
• podstawowe prawo rozpadu promieniotwórczego
• stałe materiałowe niezależne od czynników zewnętrznych
• dla dwu członów łańcucha A1 i A2
dN 1 ( t )
dt
   1 N 1 (t )
dN 2 ( t )
dt
  1 N 1 (t )   2 N 2 (t )
N1 i N2 liczba atomów pierwiastków A1 i A2 w chwili t
1 i 2 stałe rozpadu
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
12
Łańcuchy przemian promieniotwórczych
• ubytkowi pierwiastka A1 odpowiada przyrost pierwiastka A2
N 1 (t )  N 1 (0 ) exp(   1 t )
dN 2 (t )
dt
  2 N 2 (t )   1 N 1 (0 ) exp(   1 t )
dN 2 (t )
  2 N 2 (t )  0
dt
N 2 (t )  N 2 (0 ) exp(   2 t )
N 2 (t )  N 1 (0 )C 1 exp(   1t )  C 2 exp(   2 t ) 
• C1 i C2 - stałe zależne od wartości brzegowych
N 2 (t )  N 2 (0 ) exp(   2 t )  N 1 (0 )C 1 exp(   1 t )  C 2 exp(   2 t ) 
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
13
Łańcuchy przemian promieniotwórczych
• w chwili t =0 był tylko pierwiastek A1
N 2 (t )  N 1 (0 )C 1 exp(   1 t )  C 2 exp(   2 t ) 
N 2 (0 )  0
C1 
1
2  1
• warunki początkowe C 1  C 2  0
C 2  C 1  
N 2 (t )  N 1 (0 )
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
1
2  1
1
2  1
exp(  1t )  exp(   2t )
14
Łańcuchy przemian promieniotwórczych
• rozwiązanie ogólne
N n (t )  N 1 (0 )C 1 exp(   1t )  C 2 exp(   2 t )   C n exp(   n t ) 
1  2   n 1
C1 
,
(  2   1 )(  3   1 ) (  n   1 )
C2 
1  2   n 1
(  1   2 )(  3   2 ) (  n   2 )
,

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
15
Przypadek szczególny 2<1
• przypadek szczególny dla szeregu złożonego z 2 członów
 2 < 1
N 2 (t )  N 1 ( 0)
1
1  
 ex p(  
2
t )  ex p(   1 t ) 
2
• dla dostatecznie długiego czasu
N 2 (t )  N 1 (0)
1
1  
ex p(   2 t )
2
• łączna ilość pierwiastków obu członów maleje zgodnie z
okresem połowicznego zaniku pierwiastka drugiego
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
16
Przypadek szczególny 2<1
ln N
a
b
c
t
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
17
Przypadek szczególny 2>1
• przypadek szczególny dla szeregu złożonego z 2 członów
 2 > 1
N 2 (t )  N 1 ( 0)
1
2  
 ex p(  
1
t )  ex p(   2 t ) 
1
• dla dostatecznie długiego czasu
N 2 (t )  N 1 (0)
1
2  
ex p(   1 t )
1
N 2 (t )
N 1 (t )

1
2  1
 const
• równowaga przejściowa
– oba pierwiastki są w stałym stosunku
– ich ilość maleje z jednakową prędkością
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
18
Przypadek szczególny 2>1
ln N
a
b
c
t
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
19
Przypadek szczególny 2>>1
• przypadek szczególny dla szeregu złożonego z 2 członów
2>>1 (1 bardzo małe)
N 2 (t )  N 1 (0 )
1
2  1
exp(   2 t )exp(  2 t )  1 
• dla dostatecznie długiego czasu
N 2 (t )  N 1 ( 0 )
2
N 2 (t )
1
N 1 (0 )

1
2

T2
T1
• równowaga wiekowa
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
20
Przypadek szczególny 2>>1
ln N
a
b
c
t
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
21

similar documents