1 / 45

Ionizující záření a jeho účinky

Ionizující záření a jeho účinky. Radioaktivita. Vlastnost některých jader atomů podléhat samovolnému rozpadu. Vznikají tak jádra jednodušší a uvolňuje se energie ve formě záření. Radionuklid. Nestabilní nuklid podléhající přeměně. Radioaktivní rozpad.

Download Presentation

Ionizující záření a jeho účinky

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Ionizující záření a jeho účinky

  2. Radioaktivita Vlastnost některých jader atomů podléhat samovolnému rozpadu. Vznikají tak jádra jednodušší a uvolňuje se energie ve formě záření. Radionuklid Nestabilní nuklid podléhající přeměně.

  3. Radioaktivní rozpad N0 – počet radioaktivních jader v čase t=0 N – počet zbylých jader v libovolném t Poločas rozpadu [T1/2] = s  - konstanta rozpadu, [] = s-1

  4. Aktivita • podíl středního počtu radioaktivních přeměn radionuklidu za časový interval • jednotkou v soustavě SI – bequerel (Bq) • 1 Bq = 1 rozpad za sekundu • 1 curie = 1Ci = 3,7.1010Bq

  5. Aktivita vyhořelého jaderného paliva

  6. Ionizující záření • Ionizujícím zářením nazýváme takové záření, jehož kvanta mají natolik vysokou energii, že jsou schopna vyrážet elektrony z atomového obalu a tím látku ionizovat.

  7. Druhy ionizujícího záření • Záření α Jádra helia Záření  Záporné elektrony nebo kladné pozitrony Záření  Elektromagnetické vlnění Druhy záření [29]

  8. Stínění • Alfa částice – malá pronikavost, zachytí je lidská pokožka nebo papír • Beta částice – neprojdou tenkou vrstvou hliníku • Gama částice – velká energie, proniknou lidským tělem, zachytí je silná olověná nebo betonová deska Pronikavost záření [29]

  9. Dávka • pohlcená energie na jednotku hmotnosti • jednotkou v soustavě SI je gray (Gy) • starší jednotka rad (radiationabsorbeddose) • 1Gy = 1J/kg = 100 rad

  10. Dávkový příkon • Podíl přírůstku dávky dD a časového intervalu dt • jednotkou je Gy.s-1

  11. Ekvivalentní dávka • bere ohled na rozdílné působení odlišných druhů ionizujícího záření • pohlcená dávka vynásobená jakostním faktorem (faktorem kvality záření) • jednotkou v soustavě SI je sievert (Sv) • starší jednotka rem: 1 rem = 0,01 Sv

  12. Biologický poločas přeměny • charakterizuje vylučování daného radioaktivního prvku z organismu • doba, za kterou se z organismu vyloučí polovina přijatého množství radionuklidu • kombinace biologického a fyzikálního poločasu přeměny • Efektivní poločas přeměny

  13. Ozáření člověka Přírodní zdroje zapříčiňují ozáření obyvatelstva České republiky 3–3,5 mSv. Umělé zdroje záření přispívají k celkovému ozáření přibližně jednou šestinou.

  14. Šíření radionuklidů v životním prostředí

  15. Biologické účinky vybraných radionuklidů • Tritium 3H (T) • beta zářič • poločas přeměny12,4 let • biologický poločas přeměny je 10–20 dní • z plynné formy a vzniká HTO–v podobě vodní páry nachází v atmosféře • vzniká také působením kosmického záření • v těle se chová jako H2O–rozšiřuje se do všech měkkých tkání • způsobuje vnitřní kontaminaci

  16. Krypton 85Kr • beta a gama zářič • poločas rozpadu 10,8 let • hromadí se v atmosféře • nízká rozpustnost a chemická aktivita – proniká minimálně do potravních řetězců • zanedbatelné zdravotní důsledky

  17. Stroncium 90Sr • beta zářič • poločas rozpadu 28,1 let • biologický poločas – 104 let • tvorba rozpustných sloučenin • chemické vlastnosti podobné vápníku – nahrazuje vápník v kostech a chrupavkách • důsledkem ozáření kostní dřeně dochází k poruchám krvetvorby

  18. Jód 129I • beta zářič • poločas rozpadu 1,6.107 let • absorbuje se ve štítné žláze, v sliznici žaludku a v mléčných žlázách

  19. Cesium 137Cs • beta a gama zářič • poločas rozpadu je 30 let • biologický poločas rozpadu 50–150 dní. • metabolismus odpovídá draslíku – hromadí se ve svalstvu a měkkých tkáních • vysoký obsah vykazují ryby

  20. Uran 238U • alfa a gama zářič • poločas rozpadu je 4,5.108 let • biologický poločas rozpadu pro ledviny 15 dní a pro celé tělo 100 dní

  21. Plutonium 239Pu • alfa zářič • poločas rozpadu je 2,4.104 let • biologický poločas 7,3.104 dní pro kosti. • v atmosféře jako aerosol nebo PuO2 • koncentruje se v plicích, játrech nebo kostech • vyšší toxicita než ostatní těžké kovy • důsledky se projeví až po letech, kdy je prvních asi 15 let obdobím latentním a po něm následuje přibližně 30 let zvýšeného rizika vzniku rakoviny

  22. Biologické účinky záření • DNA buňky může být poškozeno zářením přímo, nebo nepřímo prostřednictvím reaktivních iontů OH-, které zanechalo záření díky ionizaci okolních molekul • zasažení genu vede až k úmrtí buňky (schopnost nahrazení) • pokud nastane mutace genu, může dojít k nekontrolovatelnému dělení

  23. v každé buňce denně vzniká asi 107 poškození nukleotidů DNA způsobených volnými radikály • poškození DNA radioaktivním zářením – častější poruchy obou vláken DNA (problematičtěji opravitelné) • mutace vzniklé důsledkem metabolismu až desetmilionkrát častější než mutace vzniklé působením běžné radiace • v blízkosti DNA působí pouze 1 % vzniklých volných radikálů • lidské tělo složeno z 1014 buněk

  24. Každodenní události v buňce

  25. Účinky záření Deterministické – dochází ke smrti buněk • zřejmá souvislost s ozářením • charakteristický průběh Stochastické – nahodilé • nelze prokázat souvislost se zářením

  26. Deterministické účinky • deterministické účinky jsou charakteristické prahovou dávkou a pod ní pásmem nulové odezvy • intenzita projevů je popsána esovitými křivkami

  27. Nemoc z ozáření • pozorována na lidech, kteří byli vystaveni velkým dávkám záření • čtyři stádia: • stádium počátečních příznaků – po několika hodinách až dnech, nevolnosti, průjmy, zvracení, bolesti hlavy • období latence (při vysokých dávkách nenastává) • plný rozvoj příznaků • pozvolné uzdravování, mohou zůstat trvalá poškození krvetvorby, neplodnost, poškození gastrointestinálních funkcí, častá nádorová onemocnění, slabost a únava

  28. Stochastické účinky • předpokládaná bezprahová lineární závislost pravděpodobnosti vzniku nádoru a genetických poruch na dávce ozáření

  29. Karcinogeneze • nejdůležitější stochastický účinek záření • tři fáze: iniciace rakoviny, propagace nádoru a maligní průběh • klinicky nelze stanovit důvod vzniku nádoru – ani jeho souvislost s ozářením • může vzniknout po letech až desetiletích od ozáření • epidemiologické studie populací – u populací vystavených vysokým dávkám ionizujícího záření byl zvýšen výskyt a úmrtnost důsledkem nádorů plic, žaludku, jater, tlustého střeva, prsu, vaječníku, močového měchýře a několika forem leukémie • např. epidemiologické údaje z Japonska z let 1950–1987: 75 případů z 230 úmrtí na leukémii lze přičíst následkům ozáření

  30. Rakovina štítné žlázy • typický pozdní následek ozáření u dětí • u dospělých nebyla souvislost se zářením prokázána • pravděpodobnost vzniku závisí na věku, ve kterém byl jedinec záření vystaven – s přibývajícím věkem pravděpodobnost vzniku klesá

  31. Další stochastické účinky • velmi citlivé na ozáření – krvetvorné orgány (poškození vede ke vzniku leukémie) • nejvyšší výskyt v období 5–15 let od ozáření • rakovina močového měchýře u mužů a rakovina prsu u žen

  32. Dědičné vlivy • při neletální změně DNA zárodečné buňky • nebyly u lidí prokázány, lze je předpokládat • dominantní mutace • recesivní mutace – hromadí se v genofondu populace • mírný, spekulativní vliv na multifaktoriální onemocnění

  33. Účinky na embryo • negativní účinky ve všech fázích vývoje • vznik rakoviny, mentální retardace a jiných vad, včetně smrtelných

  34. Statistické údaje • odhad pravděpodobnosti vzniku leukémie celoživotním ozáření 1000 mSv – 1,1 %, vzniku nádoru – 10,9 %, vzniku fatálního nádoru – 4–5 % na 1000 mSv • pravděpodobnost vzniku dědičných onemocnění je 1,2 % na 1000 mSv, v prvních dvou generacích pak 0,3 % • pokud je dávce 1000 mSv vystaveno embryo v období mezi 8.–15. týdnem vývoje dochází k posunu inteligenčního koeficientu o 30 IQ bodů směrem dolů

  35. Nízké dávka záření • účinky zjistitelné pouze prostřednictvím epidemiologických studií velkých populací • experimentálně prokázáno – v buňce dochází k adaptacím na ionizující záření • nízké dávky ionizujícího záření mohou způsobit změny v buňkách a zvýšit tak schopnost vyrovnat se se stochastickými účinky záření

  36. Adaptace • dochází ke stimulaci reparačních mechanismů v buňkách • principem adaptace je rychlejší syntéza enzymů zodpovědných za opravu DNA • pokud jsou tyto enzymy v dostatečné koncentraci v době obdržení vyšší dávky (tzv. provokační), jsou opravy rozsáhlejší a snižuje se riziko vzniku mutace • prokázána v lidských lymfocytech • buněčná odpověď – přechodná, existují individuální rozdíly

  37. Stochastické účinky • první žena, která mohla studovat na Sorboně • 1903 Nobelova cena • pokusy s radiem a poloniem • zajímala se i o účinky na člověka – např. 10 hodin měla na ruce připevněnou špetku radiové soli (během 3 týdnů vznikla hluboká hnisavá rána, hojila se 2 měsíce) • zemřela na leukémii Marie Curie-Sklodowská (1867–1934) Marie Curie-Sklodowská[16]

  38. Deterministické účinky Louis Slotin (1910–1946) • ruští židé, kanadský Winipeg • univerzita v Manitobě – chemie • doktorát v Londýně • Chicago – vývoj cyklotronu • 1944 pracuje v Los Alamos na vývoji atomové bomby – vrchní zbrojmistr spojených států Louis Slotin [15]

  39. Los Alamos • HarryDaghlian– spolupracovník • nehoda při experimentu – za 24 dní umírá na akutní nemoc z ozáření(jako první Severoameričan) • 21.5. 1946 – vědecká konference • AlvinGraves požádal o předvedení experimentu, Slotin souhlasil

  40. Princip experimentu • experiment: plutoniové jádro, vážící 6,2 kg, potažené niklem,uloženo v beryliových polokoulích • přibližování vrchní polokoule beryllia ke spodní – se zmenšující se štěrbinou mezi beryliovými polokoulemi se zvyšuje počet neutronů odražených zpět do plutoniového jádra • v okamžiku, kdy je počet neutronů v jádru větší než jejich ztráta, začíná řetězová reakce, které je však kontrolovaná a pomalá • pokud se štěrbina mezi polokoulemi sníží na 0,32 cm, jsou neutrony v kritickém přebytku a dojde k rychlé řetězové reakci, která je již nekontrolovatelná • Geigerův počítač zaznamenával radiaci-prudké zvýšení = přiblížení se kritickému bodu

  41. Průběh experimentu • Slotin odstranil bezpečnostní pojistky • horní polokouli držel v levé ruce, v pravé ruce šroubovák – reguloval jím velikost štěrbiny Průběh experimentu [15]

  42. šroubovák se smeknul a beryliové polokoule se spojily, objevil se modrý záblesk a místností proběhl žár • Slotin shodil vrchní polokouli na podlahu • všichni vyběhli ven z laboratoře, Slotin zavolal ambulanci a začal sestavovat plán rozmístění osob pro stanovení obdržené dávky Laboratoř po nehodě [32]

  43. Průběh nemoci • Slotin zvracel již cestou do nemocnice • Graves čekal stejný průběh, ale Slotin ho při nehodě ochránil svým tělem • za 3 hod. – oteklá a zarudlou levá ruka, palec znecitlivělý se zčernalým nehtovým lůžkem • za 24 hod. – levá ruka již extrémně oteklá, pravá začíná otékat, dostává morfium, rudne spodní část břicha, přestává zvracet a cítí se dobře; v noci se mu na palci objevil velký puchýř; následující den další puchýře a otoky • od 2. dne – ledové obklady a morfium přestávají působit, dostává krevní transfúze; stále v latentní fázi nemoci, dokázal logicky uvažovat • na jazyku v blízkosti zlatého zubu vřed • od 6. dne – stoupá teplota, zrychluje se puls, žaludek a střeva selhávají, pokožka rudo–hnědý odstín • 7.den klesl počet trombocytů - vnitřním krvácení; Slotin byl chvílemi duševně pomatený a 8. den upadl do kómatu, musel připojen na kyslíkový přístroj • Louis Slotin zemřel devátý den po ozáření – 30.května 1946 v 11 hodin dopoledne jako jediná oběť nehody

  44. Dávka záření • chemici, fyzici a biologové – pokoušejí se stanovit dávku záření, pomáhají jim kovové předměty • lidé v místnosti obdrželi přibližně tyto dávky: Rozmístění osob při nehodě [15]

  45. Porovnání jaderné a uhelné elektrárny

More Related