Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal"

Ernő Király
4 évvel ezelőtt
Látták:

1 Radioaktivitás Biofizika előadások 2013 december Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal PTE ÁOK Biofizikai Intézet, Orbán József

2 Összefoglaló radioaktivitás alapok

3 Nukleononkénti kötési energia (MeV) Egy nukleon kötési energiája a rendszám függvényében 56 Fe 26 maghasadás (fisszió) fúzió Rendszám (atomi tömegegység) Minden atom(mag) a legstabilabb állapot elérésére törekszik, akár nukleonszám növeléssel, vagy csökkentéssel.

4 Neutronok száma Általános törvényszerűségek Neutron - proton arány növekszik ~1,5! b - -bomlás N=Z maghasadás vas-völgy fúzió b + -bomlás Protonok száma Az atommagok a legstabilabb szerkezetre törekednek! 56 26Fe

csiro.au/education/senior/cosmicengine/sun_nuclear.

5 Stabilitás elérésének módjai Maghasadás magfúzió Atomreaktor, atombomba csillagok

A Z A Z a-bomlás» a-sugárzás A Z 4 X X + 2 X A Z 4 2 4 2 X +a He A: tömegszám (atomszám) Z: protonok száma 226 222 4 a 88 Ra 86Rn+ 2

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

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

b-bomlás» b-sugárzás Pozitív b-bomlás + 0 + p n + e + ν e A Z X A Z 1 X + e + + e 22 11 22 + Na

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

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

10 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)

11 (Radioaktív) sugárzás anyag kölcsönhatás (tananyag)

12 Sugárzás anyag kölcsönhatás I 0 (kezdeti intenzitás) anyag I I ~ n n: részecskeszám Reflexió Transzmisszió Abszorpció Szórás Compton-féle k.h. / E átadás részleges

13 b,g LET és áthatolóképesség N (0) I N ( t) N (0) 2 x x 1 2 Maximális hatótávolság: R max = 8 x ½ N (0) /2 x 1/2 abszorbens vastagság (megtett út)

14 LET és áthatolóképesség a I sugárzás/részecske típusa abszorbens sűrűsége atomok rendszáma (elektronok száma) Maximális hatótávolság abszorbens vastagság (megtett út)

15 Összehasonlítás a Spektrum Vonalas (karakterisztikus) LET (ionizáció/mm) magas b Folytonos (neutrino miatt) közepes 6-8 g Vonalas (karakterisztikus) alacsony 0,1-1

16 Összehasonlítás Áthatolóképesség, hatótávolság a b g Kicsi Levegő: cm Plexi: mm Közepes Levegő: m Plexi: cm Ólom: mm Nagy Ólom: cm

17 Radioaktivitás Milyen detektorokkal lehet az egyes radioaktív részecskéket detektálni? a ködkamra b Geiger Müller számláló g Szcintillációs detektor Miért van szükség ennyiféle detektorra? Eltérő az anyaggal való kölcsönhatásuk mértéke/módja.

18 g-sugárzás és anyag kölcsönhatásai Fotoeffektus foton (energia) abszorpció, elektron kilökés (ionizáció) E foton = W ki,e- + E kin,e- hf = W ki,e- + ½m e v 2 Párkeltés foton (energia) abszorpció, e - és e + keletkezik E foton = E e- + E e+ E > 1,02 MeV hf = m e- c 2 + m e+ c 2 = 2m e- c 2

g-sugárzás és anyag kölcsönhatásai Fotoeffektus Párkeltés Compton-szórás fotonenergia részleges abszorpció, elektron kilökés (ionizáció) E foton,1 = E foton,2 + W ki + E

19 g-sugárzás és anyag kölcsönhatásai Fotoeffektus Párkeltés Compton-szórás fotonenergia részleges abszorpció, elektron kilökés (ionizáció) E foton,1 = E foton,2 + W ki + E kin,e- hf 1 = hf 2 + W ki,e- + ½m e v 2 Energia-, töltés- és lendületmegmaradás törvényei érvényesek!

20 Radioaktív sugárzás detektálása

21 b-sugárzás detektálása Geiger Müller számláló számláló gáz (!) Hans Geiger anód: W-szál katód:cu-henger Anód-katód közötti nagyfeszültség: V Töltőanyag: szerves oldószer gőze, nemesgáz; kioltógáz

g-sugárzás detektálása Szcintillációs detektor detektor kristály (!) Nagy energiájú sugárzás, vagy részecskék hatására fényvillanás következik be.

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

23 KIEGÉSZÍTÉS Radioaktív sugárzás detektálása A radioaktív részecskék detektálásának lényegi lépése a részecske elektromos jellé alakítása (feszültség/áram). az így létrejött elektromos impulzus detektálható kell legyen (technikai feltétel) az impulzusok száma egyenesen arányos kell legyen a részecskék számával (a számlálás alapfeltétele)

24 A radioaktív sugárzás elleni védekezés 3 pontja Minimalizált kitettségi idő Maximalizált távolság (1/r 2 ) Védőanyagok használata

Hasonló dokumentumok

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás. 2010. 10. 13. Biofizika, Nyitrai Miklós Összefoglalás Atommag alkotói, szerkezete; Erős vagy magkölcsönhatás; Tömegdefektus. A kölcsönhatások világképe