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
ŹRÓDŁA
PROMIENIOWANIA
JONIZUJĄCEGO
Źródła promieniowania jonizującego
• naturalne źródła promieniowania jonizującego (87%)
– promieniotwórczość skorupy Ziemi
– promieniowanie kosmiczne
• sztuczne źródła promieniowania jonizującego (13%)
– wytworzone źródła promieniotwórcze
– promieniowanie rentgenowskie
– źródła militarne
– reaktory jądrowe
– odpady promieniotwórcze
–…
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
4
Średnie udziały różnych źródeł promieniowania
źródło promieniowania
%
źródła naturalne
(87)
promieniowanie kosmiczne
14
promieniowanie g skorupy ziemskiej
19
napromieniowanie wewnętrzne pospolitymi izotopami 17
promieniotwórczymi
radon w powietrzu
32
toron w powietrzu
5
źródła sztuczne
(13)
działania medyczne
11 ,5
zgromadzone odpady promieniotwórcze
0 ,5
przemysłowe zastosowanie izotopów
promieniotwórczych
0 ,4
energetyka jądrowa
0 ,1
inne
0 ,5
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
5
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
6
Rozpad promieniotwórczy
rozpad 
konwersja wewnętrzna
rozpad pozytonowy

e
+

rozszczepienie
spontaniczne
~

wychwyt E e
emisja kwantu
promieniowania
~

 rozpad negatonowy

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
7
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  Ndt
• liczba rozpadów w jednostce czasu - aktywność A
dN
A
  N [Bq] ( rozpad s -1 )
dt
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
8
Rozpad promieniotwórczy
 t 

N(t )  N(0)exp 

 T1 / 2 
• okres połowicznego zaniku
T1 / 2 
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
ln 2

  ln 2
9
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
10
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
11
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
12
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
13
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 )
   1 N 1 (t )
dt
dN 2 (t )
  1 N 1 (t )   2 N 2 (t )
dt
N1 i N2 liczba atomów pierwiastków A1 i A2 w chwili t
1 i 2 stałe rozpadu
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
14
Łańcuchy przemian promieniotwórczych
• ubytkowi pierwiastka A1 odpowiada przyrost pierwiastka A2
N1 (t)  N1 (0)exp(1t)
dN 2 (t )
 2N2 (t )  1N1 (0) exp( 1t )
dt
dN2 (t )
 2N2 (t )  0
dt
N2 (t)  N2 (0)exp(2t)
N2 (t)  N1 (0)C1 exp(1t)  C2 exp(2t)
• C1 i C2 - stałe zależne od wartości brzegowych
N2 (t)  N2 (0)exp(2t)  N1 (0)C1 exp(1t)  C2 exp(2t)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
15
Łańcuchy przemian promieniotwórczych
• w chwili t =0 był tylko pierwiastek A1
N2 (t)  N1 (0)C1 exp(1t)  C2 exp(2t)
N2 (0)  0
C1 
• warunki początkowe C1  C2  0
C2  C1  
N2 (t)  N1 (0)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
1
2  1
1
2  1
1
2  1
exp(1t)  exp(2t)
16
Łańcuchy przemian promieniotwórczych
• rozwiązanie ogólne
Nn (t)  N1 (0)C1 exp(1t)  C2 exp(2t)  Cn exp(nt)
1  2 n1
C1 
,
(2  1 )(3  1 )(n  1 )
1  2 n1
C2 
,
(1  2 )(3  2 )(n  2 )

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
1   2
exp(
2
t )  exp(  1t )
• dla dostatecznie długiego czasu
N 2 (t )  N 1 (0)
1
1   2
exp(  2 t )
• łączna ilość pierwiastków obu członów maleje zgodnie z
okresem połowicznego zaniku pierwiastka drugiego
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
N 2 (t )  N 1 (0)
1
2   1
exp( t )  exp( t )
1
2
• dla dostatecznie długiego czasu
N 2 (t )  N 1 (0)
1
2   1
exp(  1t )
N 2 (t )
1

 const
N 1 (t )  2   1
• równowaga przejściowa
– oba pierwiastki są w stałym stosunku
– ich ilość maleje z jednakową prędkością
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
20
Przypadek szczególny 2>1
ln N
a
b
c
t
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
21
Przypadek szczególny 2>>1
• przypadek szczególny dla szeregu złożonego z 2 członów
2>>1 (1 bardzo małe)
N2 (t )  N1 (0)
1
2  1
exp(2t )exp(2t)  1
• dla dostatecznie długiego czasu
2
N2 (t )  N1 (0)
1
N2 (t ) 1 T2
 
N1 (0) 2 T1
• równowaga wiekowa
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
22
Przypadek szczególny 2>>1
ln N
a
b
c
t
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
23

similar documents