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
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
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-129133
  Sr-89,90 etc.)
• - produsi de activare (Co-57,58,60 Pu-238242
  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).

13
(No Transcript)
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)
15
(No Transcript)
16
Neutroni

• Nucleoni (intra in componenta nucleului atomic)
• Particule fara sarcina electrica
• Foarte penetrante
• Risc radiologic mare asupra tesutului uman.
• Se realizeaza prin
• Absorbtia de particule a
• 9Be 4He ? 13C ? 12C 1n
• Fisiunea nucleara (ex. 235U ) 235U 1n ?
  236U ? FS1 FS2 (2-3) 1n

17
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

18
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.
19
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)

20
Distante de penetrare a radiatiilor prin materiale
21
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 -lN
• de unde L L0?e- l?t (legea dezintegrarii
  radioactive),
• unde L0 activitatea sursei la momentul t0
• 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).

22
Activitatea

• Unitate de masura
• LSI 1 Bq (Becquerel) 1 dez / sec
• Unitate de masura veche
• Ltolerata 1 Ci (Curie)
• ? 1 Ci 3.7 1010 Bq

23
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

24
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
25
Radiatii ionizante

• Radiatii care produc ionizari directe
• dezintegrarea ?
• dezintegrarea ?.
• Radiatii care produc ionizari indirecte
• radiatiile ?
• radiatiile X
• radiatiile neutronice.

26
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 lt Wionizare

27
Dozimetria radiatiilorMarimi dozimetrice

• Doza absorbita energia cedata de radiatia
  ionizanta unitatii de masa a substantei prin care
  trece
• D dE / dm
• DSI 1 J/kg 1 Gy (Gray)
• Dtolerata 1rad 0.01 Gy
• Doza absorbita marimea fundamentala a
  dozimetriei
• marime masurabila (dozimetre).
• Debitul dozei absorbite D dD/dt D 1 Gy/s
  1 Gy/h
• marime masurabila (debitmetre de
  doza absorbita)

28
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.

29
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 DwR
• wR factor de calitate dependent de tipul si
  energia radiatiei.
• (wR 1, pt. rad.X, g, b wR 20, pt. n rapizi, a)
• HSI 1J/kg 1 Sv (Sievert)
• Htolerata 1 rem 0.01 Sv

30
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 (wTHT)

31
Marimi dozimetrice

• Doza efectiva intr-un tesut produsul dintre
  doza echivalenta in acel tesut (HT) si factorul
  de ponderare al acelui tesut (wT)
• E wTHT 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.

32
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 omSv.

33
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
34
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 lt 0.05 mSv