Atomfizika. Radioaktív sugárzások kölcsönhatásai Biofizika, Nyitrai Miklós

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Atomfizika. Radioaktív sugárzások kölcsönhatásai. 2010. 10. 18. Biofizika, Nyitrai Miklós"

Csilla Halászné
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Atomfizika. Radioaktív sugárzások kölcsönhatásai Biofizika, Nyitrai Miklós

2 Emlékeztető Radioaktív sugárzások keletkezése, típusai

3 A Z A Z α-bomlás» α-sugárzás A Z 4 X X + 2 X A Z 4 2 X 4 2 +α He Ra 86Rn+ 4 α 2 Kilépési sebességük elérheti a m/s-ot (0,05 c) Vonalas spektrum (karakterisztikus) U, 95Am, 88Ra, 86Rn, Po

elérheti a 15 000 000 m/s-ot (0,05 c) Vonalas spektrum

4 β-bomlás» β-sugárzás Negatív β-bomlás Kísérlet: Curie 1911 Elmélet: Enrico Fermi, n p + e + ν e A Z X A Z +1 X + e + ν e Cs Ba + e + 56 ν e Kilépési sebességük elérheti a m/s-ot (0,6 c) Folytonos spektrum (antineutrino)

e + ν e 137 55 137 Cs Ba + e + 56 ν e Kilépési sebességük

5 β-bomlás» β-sugárzás Pozitív β-bomlás p n + e + ν e A Z X A Z 1 X + e + + ν e Na Ne + e + 10 ν e β - izotópok β + izotópok H, 6C, 55Cs, 53I, C 22 Na 11 6, K

Ne + e + 10 ν e β - izotópok β + izotópok 3 14

6 γ-sugárzás Kísérőjelenség! Elektromágneses sugárzás (γ-foton) f>10 19 Hz, illetve E>100 kev a gerjesztett atommagok alacsonyabb energiaállapotba történő átmenetekor keletkezik Fénysebességgel terjednek Vonalas spektrum (karakterisztikus) Ba Ba + γ 137m m: metastabil állapot Na, 19K, 55Cs, I

atommagok alacsonyabb energiaállapotba történő átmenetekor keletkezik

7 A sugárzások jellemzése, összehasonlítása

8 Aktivitás (A) A radioaktív bomlás véletlenszerűen bekövetkező esemény! Az 1 másodperc alatt bekövetkező magátalakulások száma. magátalakulás = bomlás Mértékegysége: Becquerel 1 Bq = 1 bomlás/másodperc. Figyelem! A radioaktív bomlás nem jelenti az atomok eltűnését! Stabil izotóp Radioaktív izotóp Leánymag Régebben használt mértékegysége a Curie. (1 Ci = 3, Bq)

magátalakulás = bomlás Mértékegysége: Becquerel 1 Bq = 1 bomlás/másodperc. Figyelem!

9 A bomlástörvény

10 Bomlástörvény N (0) : kezdeti bomlatlan atommagok száma N (t) :a t időpillanatban jelenlévő bomlatlan atommagok száma Bomlási állandó (λ): Jellemzi a bomlási sebességet. Megadja 1 atommag átalakulási valószínűségét. A = λ N (t) Átlagos élettartam (τ): A bomlási állandó reciproka. τ = 1 λ Bomlatlan magok száma N (0) N (0) /2 N (0) /e T 1/2 N N( t) = N(0) τ ( t) = N (0) 2 e t T idő 1 2 t τ

Megadja 1 atommag átalakulási valószínűségét.

11 Felezési idő átlagos élettartam (matek: áttérés különböző logaritmus alapok között) τ t t e N N = ) (0 ) ( ,443 ln 2 1 T T = = τ (0) ) ( T t N t N = τ t T t e = Biológiai, fizikai és effektív felezési idő

( 2 1 2 1 1,443 ln 2 1 T T = = τ 2 1 2 (0) ) ( T t N t N

12 Sugárzások - összehasonlítás külső hatás nélkül keletkezik fizikai és kémiai változások nem befolyásolják ionizáló hatása van (fizika) kémiai, biológiai hatása van Fizikai jellemzők: Aktivitás Élettartam Spektrum Áthatolóképesség és LET (lineáris energia transzfer)

(fizika) kémiai, biológiai hatása van Fizikai jellemzők: Aktivitás

13 α β γ - + Összehasonlítás Átlagos élettartam Rn, 88Ra, 84Po, I, 1H, 6C, 132 C 22 Na 11 6, K U 4 s; 11 nap; 138 nap; 4, év 8 nap; 12 év; 5568 év; 1, év; 7, s 20 m; 15 h Na, 19K, 55Cs, ,6 év; 1, év; 26 év; 8 nap I

138 nap; 4,5 10 9 év 8 nap; 12 év; 5568 év; 1,2 10 9 év; 7,6 10-22 s 20

14 Összehasonlítás α Spektrum Vonalas (karakterisztikus) LET (ionizáció/mm) magas β Folytonos (neutrino miatt) közepes 6-8 γ Vonalas (karakterisztikus) alacsony 0,1-1

15 Összehasonlítás Áthatolóképesség, hatótávolság α β γ Kicsi Levegő: cm Plexi: mm Közepes Levegő: m Plexi: cm Ólom: mm Nagy Ólom: cm

16 Sugárzás anyag kölcsönhatás

17 Sugárzás anyag kölcsönhatás I 0 (kezdeti intenzitás) anyag I Reflexió Transzmisszió Abszorpció I ~ n n: fotonszám Szórás Compton-féle

18 LET és áthatolóképesség β,γ N (0) I N( t) = N(0) 2 x x 1 2 I α N (0) /2 x 1/2 abszorbens vastagság (megtett út) abszorbens vastagság (megtett út)

19 γ-sugárzás és anyag kölcsönhatásai Fotoeffektus Compton-szórás Párkeltés E > 1,2 MeV Energia-, töltés- és lendületmegmaradás törvényei érvényesek!

és lendületmegmaradás törvényei érvényesek!

20 Dozimetria

21 Elnyelt dózis, besugárzási dózis Dózis egyenérték

22 Miért kell erre külön elmélet? A biológiai hatás és az átadott energia között szembetűnő aránytalanság van; Ha 0,25C/kg dózisú sugárzás az egész testet éri, idővel halálhoz vezet; Ekkor az elnyelt energia kb. 8,5J/kg; 75kg-os embernél az egész testre ez mindössze: 640J Ez egy pohár vizet 1 o C-al melegítene fel!

23 Dozimetria Fizikai dózisok 1.Elnyelt dózis Tömegegységre vonatkoztatott elnyelt energia Jele:D Mértékegysége: J/kg, Gy (gray) D = E m 2.Elnyelt dózisteljesítmény Az elnyelt dózis és az idő hányadosa: Mértékegysége: μ Gy h Δ D Δ t

24 Dozimetria 3. Besugárzási dózis Jele: X C Mértékegysége: kg ΔQ X = Δ m 1Gy=29,4mC/kg ΔQ: a Δm tömegű levegőben keltett ionok töltésösszege 4. Besugárzási dózisteljesítmény A besugárzási dózis és az idő hányadosa: Mértékegysége: C kg s Δ X Δ t

25 Dozimetria Biológiai dózisok 1.Dózisegyenérték Jele: H Mértékegysége: Sv (sievert) 1Sv=1J/kg H=DQN D: elnyelt dózis Q: sugárzás típusára jellemző faktor N: sugárzás körülményeire jellemző állandó

26 Dozimetria H (msv) Sugárterhelés hatásai Hatások Küszöbdózis orvosilag kimutatható, tünetmentes Kritikus dózis rosszullét Vérképző szervek zavarai Félhalálos dózis Az 50%-a orvosi kezelés hiányában meghal Halálos dózis A sugárdózis átlagértéke msv/év-ben Az átlagos természetes radioaktív háttérsugárzás kb. 1,8 msv/év, ebből: a levegőben jelenlévő radon (kb. 0,5 msv/év), az épületek sugárzása (kb. 0,4 msv/év), kozmikus sugárzás (0,3 msv/év), a bennünk lévő 40 K izotóp sugárzása (kb. 0,2 msv/év) Emberi tevékenység - orvosi röntgen átvilágítás és terápia, - átlagosan 0,4 msv/év. Összesen kb. 2,5 msv/év.

27 A sugárzások biológiai hatásai

28 Direkt és indirekt sugárhatások - találatelmélet, túlélési görbék; - víz aktiválási elmélet, higítási effektus; -idő frakcionálás N / N n = n = 2 n = 4 n = D / D 1/2

29 A dózis hatásának függése a fajtól Különböző fajok D50 értékei Faj Kutya Majom Egér Ember E. coli Denevér Élesztő Amőba B. mesentericus Paramecium D50 (Gy) 3-4, , ,

30 A dózis hatásának függése a szövet típusától A legfontosabb szövetféleségek csökkenő sugárérzékenység alapján felállított sorrendje Nyirokszövet Fehérvérsejtek, csontvelői éretlen vörösvérsejtek Gyomor-, béltraktus nyálkhártya Ivarsejtek Bőr proliferáló sejtrétege Erek Mirígyszövetek, máj Kötőszövet Izomszövet Idegszövet Mit figyelhetünk meg?

31 A dózis hatásának függése a szövet típusától Milyen esetekben fokozódik a sugárzás hatása? (Bergonie és Tribondeau megfigyelései) - nagyobb fokú szaporodási képesség; - hosszabb sejtmag osztódási periódus; - kevésbé rögzített a sejtek morfológiája.

32 A radioaktív sugárzások detektálása

33 A radioaktív sugárzás elleni védekezés 3 pontja Minimalizált kitettségi idő Maximalizált távolság Védőanyagok használata

34 γ-sugárzás detektálása Szcintillációs detektor Nagy energiájú sugárzás, vagy részecskék hatására fényvillanás következik be. NaI-kristály Tl-mal szennyezve. Más γ-detektorok: Félvezető detektor Sugárzás hatására a kristály vezetőképessége rövid időre megnő. Szilárdtest-nyomdetektor Sugárzás hatására a kristályszerkezet torzul.

35 β-sugárzás detektálása Geiger Müller számláló Hans Geiger anód: W-szál katód:cu-henger Anód-katód közötti nagyfeszültség: V Töltőanyag: szerves oldószer gőze, nemesgáz; kioltógáz

36 Összefoglalás - a magok összetétele, modellek és kölcsönhatások; - a radioaktivitás oka, jellemzése; - sugárzások típusai, jellemzői, összehasonlítása; - aktivitás, felezési idők; - a sugárzások kölcsönhatásai anyaggal, biológiai hatásuk; - találatelmélet, indirekt hatás, dózisok; - a sugárzások hatásai és a befolyásoló tényezők.

Hasonló dokumentumok

Radioaktivitás biológiai hatása

Radioaktivitás biológiai hatása Dózis definíciók Hatások Biofizika előadások 2013 december Orbán József PTE ÁOK Biofizikai Intézet A radioaktív sugárzás elleni védekezés 3 pontja Minimalizált kitettségi