Úloha 7 RADIOAKTIVITA

1. Úloha 7RADIOAKTIVITA RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D. RNDr. Ferdinand Varga, Ph.D. RNDr. Petr Heřman

2. Úloha 7 RADIOAKTIVITA ZADÁNÍ ÚLOHY Úkol 1. Radiační pozadí Změřte radiačního pozadí v místnosti. Úkol 2. Ochrana vzdáleností Ověřte a popište účinnost "ochrany vzdáleností". Úkol 3. Ochrana stíněním Ověřte a popište účinnost "ochrany stíněním".

3. RADIOAKTIVITA 1896 – francouzský fyzik H. Becquerel uran vysílá neviditelné záření, které působí na fotografickou desku stejně jako paprsky X (W. C. Röntgen, 1895) přirozená radioaktivita schopnost některých látek samovolně vysílat záření (M. Curie-Sklodowská a P. Curie) jednotlivé druhy záření – podle rozdílného chování v elektrickém a magnetickém poli – ,  a γ umělá radioaktivita (1933) – I. Curie a F. Joliot-Curie nestabilní (radioaktivní) atomové jádro  po čase změna struktury jádra – emise ionizujícího záření – radioaktivní přeměna mateřský radionuklid  dceřiný nuklid

4. protonové (atomové) čísloZ – počet protonů v jádře nukleonové (hmotnostní) číslo A – celkový počet nukleonů neutronové čísloN – počet neutronů v jádře N = A–Z

5. Záření alfa () • proud částic – jader helia – He2+ • protonové i neutronové číslo rovno 2 – dva protony a dva neutrony • v Mendělejevově periodickém systému dceřiné jádro o dvě místa vlevo • nejslabší druh jaderného záření, pomalý pohyb, malá pronikavost • odstínění i listem papíru

6. Záření beta () • částice kladný nebo záporný náboj • rozdíl mezi energií uvolněnou z jádra a kinetickou energií elektronu – tzv. antineutrino  • záření ––elektrony • protonové číslo dceřiného prvku o jednotku vyšší • záření +– pozitrony – kladně nabité elektrony • protonové číslo dceřiného prvku o jednotku nižší • záchyt elektronu z elektronového obalu • protonové číslo dceřiného prvku o jednotku nižší (podobně jako β+) • rychlý pohyb, větší pronikavost (materiály s nízkou hustotou nebo malou tloušťkou) • odstínění vrstvou vzduchu (1 m) nebo olova (1 mm)

7. Záření gama (γ) • vysoce energetické elektromagnetické záření vznikající při radioaktivních a jiných jaderných a subjaderných dějích • záření o energii fotonů nad 10 keV • proniká lépe než korpuskulární záření  nebo , (nikoli elektromagnetická) • často spolu s  či  zářením při radioaktivním rozpadu jader • poškození jako rentgenové záření: popáleniny, rakovina a mutace • pronikavost velmi vysoká • odstínění silné štíty z kovů velké hustoty (např. olovo) a nebo slitin kovů velké hustoty (čím vyšší hustota a tloušťka, tím větší odstínění

9. RADIOAKTIVITA libovolný atom daného nuklidu má stejnou pravděpodobnost, že se v určitém časovém intervalu přemění přeměnová konstanta(s–1) poločas přeměny– doba, během níž se přemění polovina radioaktivních jader (s) Radioaktivní přeměna se řídí zákony matematické statistiky. Registrujeme-li částice emitované radioaktivním vzorkem, zjistíme, že jejich počet registrovaný v určitém pevném časovém intervalu je při opakovaném měření různý. Počty částic n při každém takovém měření fluktuují kolem určité střední hodnoty.

10. OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM • V praxi ochrana pracovníků před zevním ozářením založena na třech principech: • ochrana časem • ochrana vzdáleností • ochrana stíněním • Způsoby ochrany často kombinují.

11. OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM • Ochrana časem • radiační zátěž pracovníka je tím menší, čím kratší je doba pobytu v blízkosti zdroje • doba pobytu musí být zkrácena natolik, jak je to z praktického hlediska možné • k metodě ochrany časem patří i střídání pracovníků na místech, kde jsou vystaveni vyšší expozici

12. OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM • Ochrana vzdáleností • fluence záření Φ(efektivní dávka E, resp. ekvivalentní dávka HT) klesá se vzdáleností • (u bodového zdroje v geometrii volného prostoru se čtvercem vzdálenosti – zákon 1/r2) • fluence částic – podíl počtu částic dN, které dopadly v daném bodě prostoru na malou kouli a obsahu jejího příčného řezu dA: • jednotkou m–2 • při práci co nejdále od zdroje (např. manipulace se zářiči se provádějí pomocí nástrojů s dlouhou rukojetí, pracovník se podle možností co nejméně přibližuje k pacientovi, v jehož těle jsou radioaktivní látky ...)

13. OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM • Ochrana stíněním • mezi zdrojem a pracovníkem vrstva vhodného stínícího materiálu, která zeslabuje svazek záření • rentgenové záření vyšších energií a záření γ • těžké materiály (betonové stropy a podlahy, barytové omítky, dveře vyložené olovem, olověné kontejnery na přenášení radioaktivních látek, olověné kryty na injekční stříkačky při intravenózních aplikacích radionuklidů ...) • záření  • lehké materiály (např. hliník, plexisklo) pro potlačení vzniku sekundárního brzdného záření (dostačující absorpce záření  lehčími materiály)

14. DETEKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ • interakce záření s prostředím detekce • transformace energie záření do formy, kterou je příslušný detektor schopný zaznamenat a vyhodnotit • nejčastější klasifikace detektorů ionizujícího záření založena na typu pracovního prostředí detektoru • dvě hlavní skupiny: detektory plynové a pevnolátkové

15. PLYNOVÉ DETEKTORY • plyny – elektrické izolátory • ionizující záření  ionizace plynů  vodivé • plynová náplň detektoru mezi dvěma elektrodami  ionizace  proudový impuls • velikost výsledného impulsu závisí na počtu vzniklých iontových párů a napětí mezi elektrodami. • podle velikosti napětí mezi elektrodami detektoru (pracovní napětí)  jednotlivé typy plynových detektorů lišící zejména citlivostí, energetickou rozlišovací schopností • Typy podle stoupajícího pracovního napětí • ionizační komory pro měření aktivity radiofarmak • proporcionální počítače • Geiger-Müllerovy detektory –v radiační ochraně pro monitorování prostředí nebo jako osobní dozimetry pro okamžité monitorování

16. PEVNOLÁTKOVÉ DETEKTORY Scintilační detektory využití v zobrazovací diagnostické technice (CT, PET, scintigrafie, SPECT) Části: scintilátor, fotonásobič,vyhodnocovací zařízení

17. Scintilační detektory • scintilátor–při průchodu ionizujícího záření excitace atomů, při následné deexcitaci vyzařování viditelného světla ve formě záblesků – scintilace anorganické krystalické scintilátory, např. NaI(Tl) • fotonásobič – přeměna scintilací na elektrické impulzy, registrace a zpracování elektronickým vyhodnocovacím zařízením; z  fotokatody po dopadu fotonů v důsledku fotoefektu emitovány elektrony  při pohybu od fotokatody přes dynody k anodě urychlovány elektrostatickým polem, počet se zvětšuje vlivem sekundární emise dynod • výsledkem značné zesílení primárního signálu (105–107) • amplituda (výška impulzů) na výstupu fotonásobiče je úměrná energii záření absorbované ve scintilátoru • dynody – elektrody zapojené přes vmezeřené rezistory v sérii mezi katodou a anodou fotonásobiče tak, že na každé následující (ve směru od katody k anodě) je vyšší –"kladnější" napětí; materiál dynod umožňuje sekundární emisi elektronů

18. Polovodičové detektory • v elektrickém obvodu zařazen polovodičový prvek • vodivost modifikována dopadajícím ionizujícím zářením • velice citlivé, náročné na provozní podmínky • využití v laboratořích pro spektrometrické účely

19. Termoluminiscenčí detektory (TLD) • krystalická struktura některých látek, např. LiF  elektrony v atomových obalech po excitaci přímo nepřecházejí na původní energetickou úroveň  v excitovaném stavu zachyceny v tzv. pastech neumožňujících přímou deexcitaci  uvolnění energie až po dodaní další energie z vnějšího prostředí (energie tepelné) • deexcitace provázena detekovatelnou luminiscencí • signál úměrný absorbované dávce záření • využití např. jako osobní dozimetry

20. Filmové detektory • princip založen na trvalých chemických změnách po ozáření citlivého materiálu (nejčastěji redukce AgBr) • podobně jako u fotografie latentní obraz • zviditelnění tzv. vyvoláním • ztmavnutí negativu úměrné absorbované dávce záření • využití v osobní dozimetrii, filmy využívané v rtg-diagnostice (skiagrafie)

21. Úkol 1. Radiační pozadí Změřte radiačního pozadí v místnosti. Úkol 2. Ochrana vzdáleností Ověřte a popište účinnost "ochrany vzdáleností". Úkol 3. Ochrana stíněním Ověřte a popište účinnost "ochrany stíněním".

23. Školní soupravaGamaBeta • zdroje záření γ – 241Am (poločas přeměny 432,7 let)  – 90Sr (s poločasem přeměny 29,1 let) • detektor záření (Geiger-Müllerův) s čítačem impulzů • absorpční pláty z různých materiálů • fixační stativ

24. Školní souprava GamaBeta

25. Úkol 1. Radiační pozadí Změřte radiačního pozadí v místnosti. • radioaktivita – přirozená součást životního prostředí • důležité znát aktuální hodnotu radiačního pozadí, aby bylo možné identifikovat případnou aktivitu dalších zdrojů • Postup práce • měření hodnoty pozadí v místnosti • bez použití zdroje záření měřit hodnotu radiačního pozadí np100 po dobu 100 s • vypočet průměrné hodnoty np10pro10 s interval měření • hodnotu pozadí použít v dalších měřeních

26. Úkol 2. Ochrana vzdáleností Ověřte a popište účinnost "ochrany vzdáleností". • s rostoucí vzdáleností od zdroje klesá fluence částic • není-li použit bodový zdroj a měření probíhá v přítomnosti rozptylujícího materiálu  pokles fluence pomalejší 1/r2 (dáno příspěvkem rozptýleného záření a pozadí k celkovému počtu detekovaných částic • použitý zdroj záření směrový, polohu zářiče v pozicích stativu aretovat kolíkem • Postup práce • četnost detekovaných částic záření  i γ ve třech různých vzdálenostech od zdroje: 4 cm, 8 cm a 16 cm • pro každou vzdálenost a každý druh záření 10 (po 10 s) • výpočet průměru každé desítky hodnot • odečtení hodnoty pozadí od průměrné hodnoty pro každou vzdálenost a každý druh záření • porovnání hodnot • popis závislosti úbytku počtu detekovaných částic na vzdálenosti

27. Úkol 3. Ochrana stíněním Ověřte a popište účinnost "ochrany stíněním". • míra rozptylu a absorpce záření závisí nejen na druhu a energii záření, ale i na vlastnostech prostředí, v němž dochází k interakci • Postup práce • měření četnosti detekovaných částic záření  i γ v nejbližší vzdálenosti zdroj-detektor záření (4 cm) • mezi detektor a zdroj přitom vkládat absorpční destičky různých materiálů • měření pro 3 různé absorpční materiály pro každý druh záření 10 • vypočet průměru každé desítky hodnot • porovnání hodnot navzájem i bez použití absorpční destičky (Úkol 2) • popis a zdůvodnění míry absorpce jednotlivých typů záření jednotlivými stínícími materiály