Radioaktív sugárzás
Atommag összetétele: Hélium atommag : 2 proton + 2 neutron 4 He 2 A He Z 4 2 A- tömegszám proton neutron együttesszáma Z- rendszám protonok száma 2
Atommag összetétele: Izotópok: azonos rendszám, különböző tömegszám Pl. hidrogén izotópok: 12 C 6 H H H 1 1 2 1 - normál hidrogén izotóp - deutérium 3 - trícium 1 14 C 6 Pl. szén: stabil izotóp, radioaktív izotóp 238 Pl. urán:, radioaktív izotóp 235 U 92 U 92 3
Atommag kötési energia Hélium atommag ( részecske): 2 proton + 2 neutron Tömeg-deffektus: m m (2m p 2m n ) m = 6,6447 10-27 kg, m p = 1,6727 10-27 kg, m n = 1,6749 10-27 kg, 4
Atommag kötési energia tömegdeffektus: m m (2 m p 2 m Einstein-féle tömeg-energia ekvivalencia elv: Kötési energia: = mc 2 = -5 10-29 (3 10 8 ) 2 n ) = -5 10-29 kg = 4,5 10-12 J = 2,8 10 7 ev = 28 MeV (1 ev = 1,6 10-19 J) A látszólag eltűnő tömeg energiává alakul! 5
Atommag kötési energia ~ 4,5 10-12 J Mennyi energia lenne kinyerhető 1 vödör vízből ha magreakcióval belőle a hidrogént héliummá alakítanánk? M(H 2 O) = 18 g/mol = 2 g/mol H + 16 g/mol O. A víz tömegének 2/18-ad része, vagyis 1/9-ed része hidrogén. 6
Atommag kötési energia A víz tömegének 2/18-ad része, vagyis 1/9-ed része hidrogén. 1 vödör vízben > 1 kg hidrogén 1 kg H = 1000 mol proton 500 mol p + + 500 mol n 250 mol He 7
Atommag kötési energia 250 mol He kötési energiája: E = N = 250 6 10 23 4,5 10-12 = 6,75 10 14 J. 1 kg koksz égéshője: 30 MJ/kg = 3 10 7 J/kg. 1 vödör víz hidrogénjének fúziós energiája kb. 2,25 10 7 kg = 22 500 tonna koksz elégetésének megfelelő energiát termel. 8
Atommag fizika Atommag kötési energia: A X Z m c 2 m X (Z m p (A Z) m n ) c 2 Fajlagos kötési energia: A 9
Fajlagos kötési energia (MeV) fúzió Atommag fizika Tömegszám (A) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 A bomlás, hasadás 10
Radioaktív bomlás dn ~ N dt N N 0 N 0 /2 N 0 /4 Radioaktív bomlástörvény N(t) N 0 2 t T T felezési idő T 2T 11
Radioaktív bomlástörvény Radioaktív kormeghatározás (C 14 ) http://c14.arch.ox.ac.uk/calibration.php Fáraók halála, Torínói lepel Élőlények anyagcseréjének vizsgálata 12
Aktivitás Az aktivitás mértéke egyenlő az adott anyagdarabban egy másodperc alatt átlagosan bekövetkező radioaktív bomlások számával. A Mértékegysége a Bq (Becquerel, ejtsd: bekerel). Bq ln T 2 N bomlás s 13
Dozimetria Elnyelt dózis: (D) (1 kg tömegben elnyelt sugárzási energia) mértékegysége Gray =J/kg 14
alfa sugárzás (hélium atommag) béta sugárzás (elektron / pozitron) gamma sugárzás (elektromágneses) 15
Dozimetria Dózis egyenérték (biológiai dózis) H=D RBE, ahol RBE= radiobiológiai egyenérték mértékegysége: Sievert Type and Energy Range Radiation Weighting Factors X and Gamma rays 1 Electrons 1 Neutrons (energy dependent) 5-20 Protons 5 Alpha Particles 20 16
Dozimetria Háttérsugárzás Az átlagos természetes radioaktív háttérsugárzás kb. 1.8 msv/év. + az emberi tevékenység, - döntő részben az orvosi röntgen átvilágítás és terápia, - még átlagosan 0.4 msv/év, együtt maximum kb 2,5 msv/év. A háttérsugárzás legjelentősebb komponensei: a helyiségben jelenlévő radon (kb. 0.5 msv/év), az épületek sugárzása (kb. 0.4 msv/év), kozmikus sugárzás, ami felfelé haladva erősen növekszik (0.3 msv/év), a bennünk lévő kálium 40 izotóp sugárzása (kb. 0.2 msv/év) A hivatásszerűen izotópokkal foglalkozók (orvosok, kutatók stb.) a háttérsugárzásnak kb. a 25-szörösét (maximum 50 msv -et) kaphatják meg évente. Ezt nevezzük dóziskorlátnak. (A lakosságra ez az érték kb. kétszeres háttérsugárzás, vagyis max. 5 msv/év!) 17
Dozimetria Háttérsugárzás Az átlagos természetes radioaktív háttérsugárzás kb. 1.8 msv/év. + az emberi tevékenység, - döntő részben az orvosi röntgen átvilágítás és terápia, - még átlagosan 0.4 msv/év, együtt maximum kb 2,5 msv/év. A háttérsugárzás legjelentősebb komponensei: a helyiségben jelenlévő radon (kb. 0.5 msv/év), az épületek sugárzása (kb. 0.4 msv/év), kozmikus sugárzás, ami felfelé haladva erősen növekszik (0.3 msv/év), a bennünk lévő kálium 40 izotóp sugárzása (kb. 0.2 msv/év) 18
Dozimetria Háttérsugárzás 19
Dozimetria Háttérsugárzás A hivatásszerűen izotópokkal foglalkozók (orvosok, kutatók stb.) a háttérsugárzásnak kb. a 25-szörösét (maximum 50 msv -et) kaphatják meg évente. Ezt nevezzük dóziskorlátnak. (A lakosságra ez az érték kb. kétszeres háttérsugárzás, vagyis max. 5 msv/év!) Harminc napos félhalálos dózis emberre: LD 50/30 = 4 5 Sv 20
Dozimetria Háttérsugárzás radon Külső levegő mintegy 8 Bq/m 3 A toron járuléka világátlagban 3 Bq/m 3 Lakások a trópusokon 20 Bq/m 3 Huzatos szoba 30 Bq/m 3 Lakások világátlaga 40 Bq/m 3 Felére csökkent légcirkuláció 80 Bq/m 3 Szellőzetlen szoba 100 Bq/m 3 Magyar falusi földszintes lakás 130 Bq/m 3 A lakások 2 %-ában több, mint 250 Bq/m 3 A lakások 0,02 %-ában több, mint 800 Bq/m 3 Pince 250 Bq/m 3 Radondús lakás 1000 Bq/m 3 Radondús pince 10 000 Bq/m 3 Radondús bánya 30 000 Bq/m 3 21
Dozimetria Háttérsugárzás radon Egyesült Államok 37 Bq/m 3 Finnország 90 Bq/m 3 Franciaország 62 Bq/m 3 Indonézia 12 Bq/m 3 Japán 29 Bq/m 3 Magyarország 55 Bq/m 3 Németország 49 Bq/m 3 Svédország 108 Bq/m 3 Szíria 20 Bq/m 3 40 Bq/m 3 aktivitáskoncentráció jelent kb. 1 msv/év dózist. 22
Radioaktív sugárzás detektálása Ködkamra http://www.ejf.hu/oktkut/kiallitas/oldalak/kodkamra/kodkamra.htm 23
Radioaktív sugárzás detektálása Ködkamra (paksi atomerőmű látogatóközpont) http://www.tar.hu/fizfoto/fizfoto7.html 24
Radioaktív sugárzás detektálása Filmdoziméter (pl. egészségügyi dolgozók) www.sulinet.hu/.../rab/0/11448/radioakt.htm http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/f/filmdosimeter.htm 25
Radioaktív sugárzás detektálása Szcintillációs detektor http://zope.reaktor.fh-furtwangen.de/portal/human_sciences/alchemie/portal/lectures/gesamttour/spektro/18.html 26
Radioaktív sugárzás detektálása Geiger Müller számláló (kísérlet) http://zope.reaktor.fh-furtwangen.de/portal/human_sciences/alchemie/portal/lectures/gesamttour/geiger/f3.html 27