TEORIA RADIATIILOR - CONCEPTE DE BAZA-

1. TEORIA RADIATIILOR- CONCEPTE DE BAZA-

2. Notiuni introductive • Radiatie = forma de energie eliberata la nivel atomic. • Exista 2 feluri de radiatii: • radiatii ionizante = radiatii capabile sa scoata un electron orbital dintr-un atom cu care interactioneaza (radiatiile a, b, g, X, neutroni); • radiatii neionizante = radiatii care nu au suficienta energie pentru a smulge electroni legati din atomul cu care interactioneaza (microunde, rad.UV, VIS, IR, radar, TV, radio).

3. Concepte de baza ale radioactivitatii Structura atomului: • nucleu: - protoni (p); - neutroni (n). • invelis electronic: - electroni (e).

4. 125 32 P I 15 53 Structura atomului • Numarul atomic (Z) = numarul de protoni (p) din nucleul unui atom; • Numarul de masa (A) = suma numarului de protoni si a numarului de neutroni dintr-un nucleu (p + n)

5. 12 14 C C 6 6 Izotopi • Atomi cu acelasi numar atomic (Z1 = Z2), dar numere de masa diferite (A1  A2)

6. Dezintegrarea radioactiva; radioactivitatea • Unii izotopi prezinta configuratii nucleare instabile de protoni sau neutroni. Prin emisie de energie sub forma de radiatie ionizanta, ei “se muta” pe o configuratie mai stabila. • Exces de energie, exces de masa, dezechilibru intre sarcinile electrice de semn opus (e- / p+).

7. Dezintegrarea radioactiva • Procesul de emisie spontana (fara vreo influenta din exterior) de radiatii ionizante dintr-un nucleu instabil se numeste dezintegrare radioactiva. • Procesul de dezintegrare radioactiva este guvernat de legi statistice (nucleele unei cantitati de material radioactiv au, in fiecare moment, aceeasi probabilitate de dezintegrare).

8. Radioactivitatea • Proprietatea nucleelor atomice ale unor elemente chimice de a se dezintegra poarta numele de radioactivitate. • Prin radioactivitate se intelege, in general, prezenta nucleelor radioactive in diferite substante, materiale, mediu etc. • Ceva anume este (contaminat) radioactiv cand radioactivitatea sa depaseste limitele normale.

9. Radioactivitate naturala si artificiala • Radioactivitatea naturala: prezenta in mediul inconjurator a unor radionuclizi naturali (substante radioactive care isi datoreaza existenta unor procese naturale, neinfluentate de activitatile umane); • Radioactivitatea artificiala: prezenta in mediul inconjurator a unor radionuclizi artificiali (substante radioactive care isi datoreaza existenta activitatilor umane).

10. Radionuclizi naturali si artificiali • Radionuclizi naturali: - de origine telurica (radionuclizii primordiali K-40, Rb-87; seriile radioactive naturale ale U-238, U-235, Th-232); - de origine cosmogenica (Be-7, H-3, C-14, P-32, P-33). • Radionuclizi artificiali: - produsi de fisiune (Cs-136,137; I-129÷133; Sr-89,90; etc.) - produsi de activare (Co-57,58,60; Pu-238÷242; Cs-134; etc.)  prezenta anumitor radionuclizi artificiali in mediu si analiza rapoartelor in care acestia sunt masurati conduce la posibilitatea identificarii sursei de contaminare a mediului (explozii nucleare in atmosfera, accidente nucleare, accidente radiologice)

11. Tipuri de radiatii • Emisii de particule (, -, +, n) • Emisii de fotoni ( , raze X)

12. Particule a (alfa) • Nuclee de Heliu • Sarcina electrica: +2 • Masa: mare • Parcurs in aer: 3 -4 cm • Ecranare: o foaie de hartie • Nu sunt penetrante (se opresc in stratul exterior al pielii) • Risc sever la iradierea interna (incorporare).

14. Particule b (beta) • Electroni / pozitroni • Sarcina electrica: -1, +1 • Masa: foarte mica • Parcursul in aer: sub 10 m, dependent de energie (*) • Mai penetrante decat a (se opresc intr-o foita subtire de Aluminiu) • Risc mediu la iradierea interna si externa • Ecranare: materiale cu Z mic (plastic) (*) Parcursurile in aer pentru b-emitatori comuni: 32P (energie mare, 7 m) 14C (energie medie, 30 cm) 3H (energie joasa, 6 mm)

16. Fotoni • Nu sunt particule (nu au masa, nu au sarcina electrica), ci “pachete de energie”. • Penetrante. • Ecranare: materiale cu Z mare (Pb) • Risc radiologic la iradierea interna si externa

17. Radiatia  (gama) • Emisie de fotoni din nuclee excitate (nuclee cu exces de energie) • Insoteste de obicei dezintegrarile  , -, + Radiatiile g si X sunt identice, dar au origini diferite.

18. Radiatii X • Un electron de pe un nivel excitat “cade” pe o patura electronica inferioara, pierzand energie prin emisia unei radiatii X specifice • Un electron liber este deviat, pierzand energie sub forma unei radiatii X (“de franare”)

19. Distante de penetrare a radiatiilor prin materiale

20. Activitatea • O cantitate de material radioactiv poarta denumirea de sursa radioactiva. • Activitatea unei surse radioactive = numarul de nuclee radioactive care se dezintegreaza in unitatea de timp L = dN/dt = -l·N de unde: L = L0e- lt (legea dezintegrarii radioactive), unde L0 =activitatea sursei la momentul t=0; N = numar de nuclee ramase nedezintegrate la mom.t; t = timpul; l = constanta de dezintegrare (probabilitatea unui nucleu de a se dezintegra in unitatea de timp).

21. Activitatea • Unitate de masura: [L]SI = 1 Bq (Becquerel) = 1 dez / sec • Unitate de masura veche: [L]tolerata = 1 Ci (Curie)  1 Ci = 3.7 ·1010 Bq

22. In practica, se folosesc... • Submultiplii Ci: 1 mCi = 10-3 Ci 1 mCi = 10-6 Ci 1 nCi = 10-9 Ci 1 pCi = 10-12 Ci • Relatia de transformare: 1 Bq = 27 pCi

23. Timpul de injumatatire • Timpul in care numarul de nuclee radioactive scade la jumatate (timpul dupa care se dezintegreaza jumatate din nucleele radioactive existente la momentul initial). Half-Life is the time required for a given activity to decrease to one half Nuclid: T1/2 3H 12.3 ani 14C 5,73 ani 32P 14.4 zile 125I 60.1zile

24. Radiatii ionizante … • Radiatii care produc ionizari directe • dezintegrarea ; • dezintegrarea. • Radiatii care produc ionizari indirecte • radiatiile ; • radiatiile X; • radiatiile neutronice.

25. Particule incarcate Interactiuni electrice IONIZARE Modificari chimice Efecte biologice Interactiunea radiatiilor cu materia • Ionizare(smulgerea unui electron din atom, cu transfer de energie) • Excitare (ridicarea unui e pe un nivel energetic superior, cu transfer de energie) Wexcitare < Wionizare

26. Dozimetria radiatiilorMarimi dozimetrice • Doza absorbita = energia cedata de radiatia ionizanta unitatii de masa a substantei prin care trece: D = dE / dm [D]SI = 1 J/kg = 1 Gy (Gray) [D]tolerata =1rad = 0.01 Gy • Doza absorbita = marimea fundamentala a dozimetriei; = marime masurabila (dozimetre). • Debitul dozei absorbite: Ď = dD/dt; [Ď] = 1 Gy/s; 1 Gy/h : marime masurabila (debitmetre de doza absorbita)

27. Marimi dozimetrice • Efectele biologice ale radiatiilor ionizante depind de : • doza absorbita in mediul iradiat (tesut sau organ); • caracteristicile mediului biologic iradiat; • calitatea radiatiei. • Pentru a lua in considerare toti acesti factori, radioprotectia utilizeaza marimi care nu sunt direct masurabile, ci deduse prin calcul.

28. Marimi dozimetrice • Radiatii diferite produc efecte diferite asupra materiei vii, in conditiile in care se transfera aceeasi cantitate de energie. • Doza echivalenta = doza absorbita intr-un tesut, ponderata de “periculozitatea” radiatiilor: H = D·wR wR = factor de calitate dependent de tipul si energia radiatiei. (wR =1, pt. rad.X, g, b; wR =20, pt. n rapizi, a) [H]SI = 1J/kg = 1 Sv (Sievert) [H]tolerata = 1 rem = 0.01 Sv

29. Marimi dozimetrice • Probabilitatea efectului biologic datorat unei anumite H variaza de la un organ sau tesut la altul: fiecare tesut / organ este caracterizat de o anumita radiosensibilitate. • Doza efectiva se refera la intregul organism si este data de suma dozelor efective din toate tesuturile iradiate ale organismului considerat: E = ST (wT·HT)

30. Marimi dozimetrice • Doza efectivaintr-un tesut = produsul dintre doza echivalenta in acel tesut (HT) si factorul de ponderare al acelui tesut (wT): E = wT·HT [E] = 1 Sv wT = factori de risc: 0.25, gonade; 0.15, sani; 0.12, maduva osoasa, plamani; 0.03, tiroida, oase; 0.03, restul.

31. Marimi dozimetrice • Doza angajata rezultata in urma iradierii organismului = doza efectiva acumulata in organism pe o perioada de 50 de ani ulterioara expunerii; [Sv]. • Doza colectiva da o masura a efectului total asupra sanatatii unei populatii expuse la o sursa data; [om·Sv].

32. Expunerea la surse naturale de radiatii ~ 3 mSv/an Air Radon - 2 mSv Cosmic - 0.3 mSv Food - 0.4 mSv Terrestrial - 0.3 mSv

33. Expunerea la surse artificiale de radiatii ~ 0.6 mSv/an 0.05 mSv per trip 5000 Km travel by air Medical - 0.5 mSv Power Plants and Fallout < 0.05 mSv