Branduolinės energetikos fizikiniai pagrindai

BRANDUOLINĖS ENERGETIKOS FIZIKINIAI PAGRINDAI Turinys 1 Radiacijos matavimai ir taikymas Radioaktyvumas Radiacijos aptikimas ir matavimas Radiacijos jutikliai Radioaktyvumo taikymas Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Radiacija ir gyvybė XI paskaita 2 / 53 Turinys 1 Radiacijos matavimai ir taikymas Radioaktyvumas Radiacijos aptikimas ir matavimas Radiacijos jutikliai Radioaktyvumo taikymas Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Radiacija ir gyvybė Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 3 / 53 Turinys 1 Radiacijos matavimai ir taikymas Radioaktyvumas Radiacijos aptikimas ir matavimas Radiacijos jutikliai Radioaktyvumo taikymas Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Radiacija ir gyvybė Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 4 / 53 Radioaktyvumas Radioaktyvumas – tai kai kurių nestabilių branduolių savybė spontaniškai (savaime) skilti į kitų elementų branduolius ir sukelti radiaciją (spinduliuotę). Šis vyksmas dar žinomas kaip radioaktyvusis skilimas. Radioaktyviųjų elementų spinduliuotė būna trijų rūšių: alfa dallelių srautas (alfa spinduliai), beta dalelių srautas (beta spinduliai) ir gama spinduliai. Radioizotopas, arba radioaktyvusis izotopas. Radioaktyvioji medžiaga. Yra keletas gamtinių radioizotopų. Dauguma jų vis dar egzistuoja, nes labai ilgas jų pusamžis (pvz. – uranas-238), o vieną – anglį-14 – nuolat kuria kosminiai spinduliai. Kiti radioizotopai atsiranda branduolio dalijimosi metu, o nauji vis dar kuriami mokslo centruose, kur branduoliai apšaudomi labai greitomis dalelėmis (nuo protono iki urano). Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 5 / 53 Radioaktyvumas Alfa dalelės (α dalelės). Teigiamosios elektringosios dalelės, skleidžiamos kai kurių radioaktyviųjų branduolių (alfa skilimas). Jos palyginti sunkios (du protonai du neutronai), juda lėtai ir negiliai įsiskverbia į medžiagą. Beta dalelės (β dalelės). Kai kurių radioaktyviųjų branduolių spinduliuojamos dalelės, kurių greitis artimas šviesos greičiui. β dalelės būna dviejų rūšių: elektronai ir pozitronai; pastarųjų masė tokia pat kaip elektronų, bet krūvis teigiamas. Gama spinduliai (γ spinduliai). Nematomos elektromagnetinės bangos. Jie giliausiai įsiskverbia į medžiagą ir paprastai, nors ne visuomet, išspinduliuojami radioaktyviųjų branduolių po alfa ir beta dalelių. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 6 / 53 Turinys 1 Radiacijos matavimai ir taikymas Radioaktyvumas Radiacijos aptikimas ir matavimas Radiacijos jutikliai Radioaktyvumo taikymas Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Radiacija ir gyvybė Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 7 / 53 Radiacijos aptikimas ir matavimas Yra daug prietaisų, kurie aptinka ir matuoja radioaktyviųjų medžiagų (radioizotopų) skleidžiamą radiaciją (radioaktyviąją spinduliuotę). Kai kurie iš jų naudojami tik laboratorijose (dirbtiniams radioizotopams tirti), kiti plačiai taikomi praktikoje (pvz., saugumo užtikrinimo matavimo prietaisai), taip pat gali būti naudojami foninei spinduliuotei matuoti. Dauguma prietaisų aptinka ir matuoja radiaciją pagal jos sukeliamą jonizaciją. Foninė spinduliuotė. Palyginti neintensyvi spinduliuotė, skleidžiama gamtinių ir dirbtinių šaltinių Žemėje. Vienas iš gamtinių šaltinių yra anglis-14, kurią sugeria augalai ir gyvūnai. Ji nuolat susidaro iš stabilaus azoto-14, apšaudomo kosminių spindulių, prasiskverbiančių pro atmosferą iš kosmoso. Tai milžiniškos energijos dalelių srautai. Matuojamas fono lygis yra foninės spinduliuotės matas. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 8 / 53 Radiacijos aptikimas ir matavimas Jonizacija. Jonų (elektringųjų dalelių) atsiradimas atomui (elektriškai neutraliam) prarandant arba prisijungiant elektronus. Taigi susidaro katijonai (teigiamieji jonai) arba anijonai (neigiamieji jonai). Radiacijos atveju alfa ir beta dalelės jonizuoja medžiagos, kuria jos sklinda atomus ir paprastai kuria katijonus. Jos turi tiek daug energijos, kad sugeba iš atomų išmušti vieną ar daugiau elektronų. Gama spinduliai taip pat gali jonizuoti atomus. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 9 / 53 Turinys 1 Radiacijos matavimai ir taikymas Radioaktyvumas Radiacijos aptikimas ir matavimas Radiacijos jutikliai Radioaktyvumo taikymas Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Radiacija ir gyvybė Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 10 / 53 Radiacijos jutikliai Geigerio skaitiklis. Prietaisas, susidedantis iš Geigerio ir Miulerio vamzdelio, impulsų skaitiklio ir/arba impulsų dažnio indikatoriaus, o dažnai ir garsiakalbio. Vamzdelis pripildytas dujų ir turi du elektrodus: jo sienelės veikia kaip kotodas, o centre įtaisytas vielinis anodas. Prietaisas užfiksuoja spinduliuotę, registruodamas tarp elektrodų tekančios srovės impulsus. Jie atsiranda dėl jonizacijos, kurią radiacija sukelia dujose (dažniausiai mažo slėgio argone, į kurį įmaišyta boro). Elektroninis impulsų skaitiklis registruoja impulsus, o impulsų dažnio indikatorius matuoja tų impulsų greitį – vidutinį impulsų skaičių per sekundę. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 11 / 53 Radiacijos jutikliai Geigerio skaitiklis. Spinduliuotė patenka pro ploną langelį. Kiekviena dalelė ar spindulys jonizuoja dujų atomus. Katodas traukia jonus, anodas – elektronus. Susidurdami su kitais atomais, jonai ir elektronai sukelia griūtį. Anodas pagauna elektronus, o katodas juos "nustumia" (leisdamas jonams vėl virsti neutraliais atomais). Praskriejus kiekvienai dalelei ar spinduliui, grandinėje atsiranda srovės impulsas (sustiprintas griūties). Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 12 / 53 Radiacijos jutikliai Vulfo (impulsinis) elektroskopas. Viena iš lapelinio elektroskopo rūšių. Oro kameros sienelės apie galvutę sudaro katodą, o šoninis anodas įtaisomas netoli lapelio. Šis traukia elektronus iš galvutės žemyn, įelektrindamas ją teigiamai (lapelis nutolsta nuo strypo, nes abu jie įelektrinti neigiamai, bet ne tiek, kad paliestų anodą, nesant radiacijos). Lapelis užfiksuoja radiaktyviąją spinduliuotę, kiekvieno jos sukelto jonizacijos akto metu paliesdamas anodą ir grįždamas atgal. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 13 / 53 Radiacijos jutikliai Vulfo elektroskopas. Radioaktyviojo šaltinio spinduliuotė metalinėje galvutėje jonizuoja kameros orą. Susidaro jonų ir elektronų griūtis. Jonai juda katodo link, o elektronai, patekę į kamerą, anodo traukiami žemyn, lapelio link. Lapelis pakrypsta į šoną, paliečia anodą – atsiranda srovės impulsas. Lapelis tampa neutralus, ir spyruoklės jį grąžina prie strypo. Vyksmas vėl kartojasi. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 14 / 53 Radiacijos jutikliai Dozimetras. Prietaisas, kurį nešioja kiekvienas, dirbantis su radioaktyviomis medžiagomis. Dozimetras turi fotojuostelę, kurią radioaktyvioji spinduliuotė apšviečia. Juostelė periodiškai išryškinama, o jos patamsėjimas rodo dozimetro savininko gautą spinduliuotės dozę. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 15 / 53 Radiacijos jutikliai Vilsono kamera. Prietaisas, kuriuo galima stebėti alfa ir beta dalelių trajektorijų pėdsakus. Jie susidaro garų (alkoholio ar vandens) kameroje, kurioje garai atšaldomi (vienu iš dviejų skirtingų būdų), kol pasidaro persotinti. Persotintaisiais vadinami garai, kurių temperatūra žemesnė už jų kondensavimosi temperatūrą ir kurie nesikondensuoja, nes nėra dulkelių ar kitų dalelių, apie kurias galėtų kondensuotis lašai. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 16 / 53 Radiacijos jutikliai Vilsono kamera. Šaltinio spinduliuotė sukelia garų jonizaciją. Atsiradę jonai veikia kaip dulkelių dalelės, t.y. ant jų kondensuojasi garai. Tose vietose, kuriose kondensavosi garai, lieka skysčio lašelių pėdsakai (jie išlieka pakankamai ilgai, kad juos būtų galima nufotografuoti). Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 17 / 53 Radiacijos jutikliai Burbulinė kamera. Prietaisas, kuris, kaip ir Vilsono kamera, parodo dalelių pėdsakus. Jame yra perkaitintas skystis (paprastai vandenilis ar helis). Skysčio temperatūra aukštesnė už virimo tašką, tačiau skystis neverda, nes yra suslėgtas. Staiga sumažinus slėgį, patekusios į kamerą branduolio dalelės jonizuoja skysčio atomus. Kai tik taip atsitinka, išsiskyrusi energija priverčia skystį virti ir formuojasi burbuliukų pėdsakai. Paprastai pėdsakai būna iškreipti magnetinio lauko, kuris naudojamas dalelėms nukreipti (kad būtų lengviau jas identifikuoti). Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 18 / 53 Radiacijos jutikliai Scintiliacinis, arba blyksninis, skaitiklis. Prietaisas, aptinkantis gama spindulius. Jį sudaro scintiliacinis kristalas ir fotodaugintuvas. Kristalas gaminamas iš liuminaforo (pvz., natrio jodido). Veikiami spinduliuotės, liuminoforai blyksi (spinduliuoja scintiliacijas). Šaltinio spinduliuotė sukelia liuminoforo švytėjimą. Neigiamai įelektrinta šviesai jautri medžiaga. Veikiama šviesos, ji spinduliuoja elektronus. Pagrindinė fotodaugintuvo dalis (elektroninis daugintuvas). Elektrinis laukas, nukreiptas tolimojo lauko link, greitina elektronus, šie atsitrenkia į metalo plokštes ir išlaisvina vis daugiau elektronų. Kiekvieną gama spindulį atitinka stiprus srovės impulsas. Jį registruoja impulsų skaitiklis ir/arba impulsų dažnio indikatorius. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 19 / 53 Turinys 1 Radiacijos matavimai ir taikymas Radioaktyvumas Radiacijos aptikimas ir matavimas Radiacijos jutikliai Radioaktyvumo taikymas Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Radiacija ir gyvybė Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 20 / 53 Radioaktyvumo taikymas Radioizotopų (radioaktyviųjų medžiagų) skleidžiama radioaktyvioji spinduliuotė gali būti plačiai taikoma, ypač medicinoje, pramonėje ir archeologiniuose tyrimuose. Radioterapija. Radioizopotų skleidžiamos spinduliuotės naudojimas ligoms gydyti. Visos gyvosios ląstelės jautrios radiacijai, todėl kruopščiai parinktomis radiacijos dozėmis galima naikinti piktybines (vėžio) ląsteles. Radioaktyvusis žymėjimas, arba izotopinė radiografija. Kūnu sklindančios medžiagos kelio kontrolės bei jos koncentracijos nustatymo metodas. Tai atliekama į medžiagą įterpiant radioizotopo ir tiriant jo skleidžiamą spinduliuotę. Minėtasis radioizotopas vadinamas izotopu idikatoriumi, o pati medžiaga – žymėtąja. Pavyzdžiui, medicinos diagnostikoje didelis radioizotopo kiekis organe gali liudyti apie piktybinių (vėžio) ląstelių buvimą. Naudojamų radioizotopų pusamžis visada yra trumpas, ir jie skyla į nekenksmingas medžiagas. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 21 / 53 Radioaktyvumo taikymas Gama radiografija (γ radiografija) arba gamagrafija. Tai radiografinės nuotraukos (panašios į įprastą nuotrauką) gavimas naudojant gama spindulius. Gamagrafija taikoma daugelyje sričių, tarp jų ir pramonėje kokybės kontrolei. Radioanglinio amžiaus nustatymas, arba radioanglies datavimo metodas. Tai laiko, praėjusio nuo gyvosios materijos mirties, nustatymo būdas. Visuose gyvuosiuose organizmuose yra nedielis kiekis anglies-14 (sugeriamo iš atmosferos radioizotopo), kuri ir po organizmo mirties skleidžia spinduliuotę. Ji pamažėle silpsta (anglies-14 pusamžis lygus 5700 metų), todėl pagal radinių spinduliuotės intensyvumą galima apskaičiuoti jų amžių. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 22 / 53 Radioaktyvumo taikymas Elementai, kurių gamtoja nėra. Kaip jau kalbėta, branduolinėmis reakcijomis gauti visų stabilių cheminių elementų, esančių gamtoje, radioaktyvieji izotopai. Elementai, kurių numeriai 43, 61, 85, 87, iš viso neturi stabilių izotopų ir pirmiausia buvo gauti dirbtiniu būdu. Antai elementas techneris, kurio Z = 43, turi ilgiausiai gyvuojantį izotopą. Jo pusamžis lygus maždaug milijonui metų. Taikant branduolines reakcijas, taip pat gauti transuraniniai elementai. Be neptūnio ir plutonio, gauti šie elementai: americis (Z = 95), kiuris (Z = 96), berklis (Z = 97), kalijornis (Z = 98), einšteinis (Z = 99), fermis (Z = 100), mendelevis (Z = 101), nobelis (Z = 102), laurensis (Z = 103), kurčiatovis (Z = 104), nilsboris (Z = 105). Taip pat 106, 107, 108 elementai, kurie neturi visuotinai priimtų pavadinimų. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 23 / 53 Radioaktyvumo taikymas Žymėtieji atomai. Tiek moksle, tiek gamyboje vis plačiau naudojami įvairių cheminių elementų radioaktyvieji izotopai. Labai svarbus žymėtųjų atomų metodas. Jis remiasi tuo, kad radioaktyviųjų izotopų cheminės savybės nesiskiria nuo tų pačių elementų neradioaktyviųjų izotopų savybių. Radioaktyviuosius izotopus lengva stebėti, nes jie skleidžia radioaktyviuosius spindulius. Radioaktyvumas yra savotiška žymė, pagal kurią galima pasekti elemento kelią vykstant įvairioms cheminėms reakcijoms ir fiziniams medžiagų virsmams. Žymėtųjų atomų metodas pasidarė vienu veiksmingiausių, sprendžiant daugybę biologijos, fiziologijos, medicinos ir kt. problemų. Radioaktyvieji izotopai – spindulių šaltiniai. Radioaktyvieji izotopai plačiai naudojami moksle, medicinoje ir technikoje kaip kompaktiški didelės energijos spindulių šaltiniai. Kaip γ spindulių šaltinis daugiausia naudojamas radioaktyvusis kobaltas 60 27Co. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 24 / 53 Radioaktyvumo taikymas Radioaktyviųjų izotopų gavimas. Radioaktyvieji izotopai gaminami branduoliniuose reaktoriuose ir elementariųjų dalelių greitintuvuose. Dabartiniu metu izotopus gamina stambi pramonės šaka. Visoje atominėje pramonėje didžiausią naudą žmonijai teikia radioaktyviųjų izotopų gamyba ir naudojimas. Radioaktyviųjų izotopų panaudojimas biologijoje ir medicinoje. Vienas svarbiausių tyrinėjimų, atliktų žymėtųjų atomų metodu,– tai medžiagų apykaitos tyrinėjimas. Įrodyta, kad per palyginti trumpą laiką organizmas beveik visiškai atsinaujina. Jį sudarantys atomai pasikeičia naujais. Tiktai geležis, kaip parodė kraujo izotopinio tyrimo bandymai, yra šios taisyklės išimtis. Geležies yra raudonųjų kraujo kūnelių hemoglobine. Įmaišius į maistą radioaktyviosios geležies 59 26Fe atomų, nustatyta, kad jie beveik nepatenka į kraują. Tik tada, kai geležies atsargos organizme išsenka, jis pradeda geležį įsisavinti. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 25 / 53 Radioaktyvumo taikymas Kai nėra pakankamai ilgai gyvuojančių radioaktyviųjų izotopų, pavyzdžiui, tokių, kaip deguonies ir azoto izotopai, stabilių elementų izotopinė sudėtis keičiasi. Antai, papildžius deguonį izotopo 18 8 O pertekliumi, nustatyta, kad fotosintezės metu išsiskiriantis deguonis iš pradžių buvo vandens, o ne anglies dioksido sudėtyje. Radioaktyvieji izotopai panaudojami medicinoje tiek diagnozei nustatyti, tiek gydumui. Įleidus nedidelį kiekį radioaktyviojo natrio į kraują, tiriama kraujo apytaka. Jodas intensyviai kaupiasi skydinėje liaukoje, ypač sergant Bazedovo liga. Skaitikliu tiriant radioaktyviojo jodo kaupimasį, galima greitai nustatyti diagnozę. Didelės radioaktyviojo jodo dozės iš dalies ardo nenormaliai besivystančius audinius, todėl radioaktyvųjį jodą galima vartoti Bazedovo ligai gydyti. Intensyvūs kobalto γ spinduliai taikomi įvairiems vėžiniams susirgimams gydyti (kobalto prožektorius). Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 26 / 53 Radioaktyvumo taikymas Radioaktyviųjų izotopų panaudojimas pramonėje. Ne mažiau platus radioaktyviųjų izotopų panaudojimas pramonėje. Vienu iš pavyzdžių gali būti toks vidaus degimo variklių stūmoklių žiedų susidėvėjimo kontrolės būdas. Apšaudant stūmoklio žiedą neutronais, jame sukeliamos branduolinės reakcijos ir jis tampa radioaktyvus. Varikliui dirbant, žiedo dalelės patenka į tepalą. Tiriant tepalo radioaktyvumą po variklio tam tikro darbo laiko, galima sužinoti, kiek nudilęs žiedas. Radioaktyvieji izotopai informuoja apie difuziją metaluose, procesus, vykstančius aukštakrosnėse, ir t.t. Skvarbiais radioaktyviųjų preparatų γ spinduliais tiriama metalo liejinių vidinė struktūra. Taip nustatoma, ar juose nėra defektų. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 27 / 53 Radioaktyvumo taikymas Radioaktyvieji izotopai žemės ūkyje. Radioaktyvieji izotopai vis plačiau naudojami ir žemės ūkyje. Paveikus augalų (medvilnės, kopūstų, ridikų ir kt.) sėklas radioaktyviųjų preparatų skleidžiamais γ spinduliais, žymiai padidėja derlius. Didelės radiacijos dozės sukelia augalų ir mikroorganizmų mutacijas. Kai kuriais atvejais jos skatina mutantų su naujomis vertingomis savybėmis atsiradimą (radioselekcija). Šitaip buvo išvestos geros kviečių, pupelių ir kitų kultūrų rūšys, gauti labai produktyvūs mikroorganizmų štamai, naudojami antibiotikų pramonėje. Radioaktyviųjų izotopų γ spinduliai panaudojami kovai su kenksmingais vabzdžiais ir maisto produktų konservavimui. Žymėtieji atomai plačiai taikomi agrotechinikoje. Pavyzdžiui, norint sužinoti, kokias fosforines trąšas augalai geriausiai įsisavina, įvairios trąšos pažymimos radioaktyviuoju fosforu 32 15P. Paskui, tiriant augalų radioaktyvumą, galima nustatyti, kokį fosforo kiekį iš įvairių trąšų jie įsisavino. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 28 / 53 Radioaktyvumo taikymas Radioaktyviųjų izotopų panaudojimas archeologijoje. Organinės kilmės (medžio, medžio anglies, audinių ir kt.) senovinių daiktų amžiui nustatyti plačiai taikomas radioaktyviosios anglies metodas. Mat augaluose visada yra β radioaktyvaus anglies izotopo 14 6 C, kurio pusamžis T = 5700 metų. Šio izotopo nedidelis kiekis susidaro Žemės atmosferoje iš azoto, veikiamo neutronų. Šie atsiranda vykstant branduolinėms reakcijoms, kurias sukelia greitosios dalelės, patenkančios į atmosferą iš kosmoso (kosminiai spinduliai). Susijungusi su deguonimi, anglis sudaro anglies dioksidą, kurį sugeria augalai, o per juos CO2 patenka į gyvūnus. Vienas gramas anglies, esančios jaunuose medžiuose, skleidžia apie penkiolika β dalelių per sekundę. Žuvus organizmui, radioaktyvioji anglis į jį nepatenka. Susikaupęs organizme šio izotopo kiekis dėl radioaktyvumo mažėja. Nustačius anglies procentinę dalį organinėse liekanose, galima išaiškinti jų amžių, jei jis siekia nuo 1000 iki 50000 ir net 100000 metų. Tokiu metodu sužinomas Egipto mumijų, priešistorinių laužų liekanų ir kt. amžius. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 29 / 53 Radioaktyvumo taikymas Radioaktyviųjų izotopų praktinis naudojimas. Šiuo metu žinoma apie 50 natūralių ir per 1000 dirbtinai gautų radioaktyviųjų izotopų. Praktiniu požiūrių labai svarbūs cheminiai preparatai, kuriuose dalis stabiliųjų atomų pakeisti radioaktyviaisiais. Tokie junginiai vadinami žymėtaisiais. Radioaktyviųjų atomų sklimo metu susidariusios dalelės ir gama fotonai radiometriniais prietaisais lengvai registruojami, todėl žymėtieji preparatai plačiai taikomi moksliniams tyrimams ir praktikoje. Biologiniams tyrimams dažniausiai vartojami į organinius junginius įeinančių elementų radioaktyvieji izotopai, pavyzdžiui, vandenilio 3H, anglies 14C, fosforo 32P, sieros 35S, geležies 59Fe. Šitokių preparatų įterpus į augalų ar gyvūnų organizmą, galima sekti vieno ar kito chemino elemento judėjimą ir pasiskirstymą gyvajame organizme. Taip tiriami ląstelių, audinių ir viso organizmo fiziologiniai bei biocheminiai procesai. Jais galima ištirti iš išorės į organizmą injekuotų medžiagų, pavyzdžiui vaistų, šalinimo iš organizmo kelią ir trukmę. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 30 / 53 Radioaktyvumo taikymas Kai kurie piktybiniai navikai ypač gerai kaupia tam tikrus cheminius preparatus, pavyzdžiui, jodo ir fosforo preparatus gerai kaupia galvos smegenų navikai. Jei šie preparatai yra žymietieji, tuomet tokios jų sankaupos lengvai diagnozuojamos. Selektyvioji kaupimosi savybė panaudojama ir terapijai. Dėl radioaktyviųjų spindulių žalingo veikimo gyvajam organizmui, medicinos praktikoje minėtiems tikslams reikia vartoti labai mažas trumpaamžių izotopų dozes ir tik tokių cheminių elementų, kurie iš organizmo greitai pašalinami. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 31 / 53 Radioaktyvumo taikymas Radioaktyvieji izotopai yra alfa, beta ir gama spindulių šaltiniai. Labai skvarbūs gama spinduliai tinka defektoskopijai. Visi minėtieji spinduliai naudojami radioterapijoje. Daugiausia jais naikinami piktybiniai navikai ir jų metastazės. Tam tikromis dozėmis švitinamų navikų ląstelės nustoja daugintis, jose sutrinka kraujotaka ir jos žūsta. Radioaktyvieji spinduliai naikina ir mikrobus, todėl juos galima panaudoti vaistų ir maisto sterilizacijai. Veikiant radioaktyviesiems spinduliams, gali sparčiai vykti polimerų sintezės procesai. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 32 / 53 Turinys 1 Radiacijos matavimai ir taikymas Radioaktyvumas Radiacijos aptikimas ir matavimas Radiacijos jutikliai Radioaktyvumo taikymas Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Radiacija ir gyvybė Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 33 / 53 Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Jonizuojantysis spinduliavimas. Pakankamos energijos α bei β dalelės, judėdamos medžiaga, jonizuoja jos atomus ar molekules. Kuo didesnė dalelės energija, tuo daugiau ji sukuria jonų. Vienodos energijos α ar β dalelės sukuria daugmaž vienodą jonų kiekį. Tačiau pastebėta, kad α dalelė medžiagoje nueina trumpesnį kelią negu β dalelė, todėl jos sukurtų jonų linijinis tankis didesnis negu sukurtų β dalelės. Sklisdami medžiaga, ir Rentgeno, ir gama spindulių fotonai sukelia arba fotoefektą, arba Komptono reiškinį. Pirmuoju atveju susidaro labai greiti fotoelektronai, antruoju – greiti atatrankos elektronai. Abiem atvejais elektronai medžiagą jonizuoja. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 34 / 53 Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Susidūrę su atomo branduoliu, greitieji neutronai perduoda jam savo energiją – susidaro greitieji atatrankos branduoliai. Pastarieji yra elektringi, todėl jie, panašiai kaip α dalelės, jonizuoja medžiagą. Taip susidurdami su branduoliais neutronai lėtėja, iki galų gale branduoliai juos pagauna. Susidaręs izotopas gali būti beta radioaktyvus, t.y. gali išspinduliuoti medžiagą jonizuojančias β daleles ir γ fotonus. Todėl visi čia paminėti spinduliai ar dalelės vadinamos jonizuojaničuoju spinduliavimu. Spinduliavimo poveikis kūnui apibūdinamas sugerto spinduliavimo doze, t.y. medžiagos absorbuota jonizuojančiojo spinduliavimo energija, apskaičiuota kūno masės vienetui. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 35 / 53 Turinys 1 Radiacijos matavimai ir taikymas Radioaktyvumas Radiacijos aptikimas ir matavimas Radiacijos jutikliai Radioaktyvumo taikymas Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Radiacija ir gyvybė Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 36 / 53 Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Branduolinė spinduliuotė, kurią sudaro didelės energijos dalelės ar γ kvantai, ardančiai veikia gyvųjų organizmų audinius. Pakenkimas, kurį žmogui gali padaryti branduolinė spinduliuotė, labai priklauso nuo jos energijos, rūšies, veikimo trukmės, o taip pat ir nuo žmogaus sveikatos, amžiaus ir kitų veiksnių. Todėl ištirti ir žinoti visus tuos dalykus yra būtina visiems, kurie užsiima branduoline fizika arba radioaktyviaisiais izotopais. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 37 / 53 Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Radioaktyviosioms medžiagoms ir jų spinduliavimui kiekybiškai apibūdinti vartojami du būdai: nurodomas grynos radioaktyviosios medžiagos kiekis gramais ar pan. Toks būdas turi prasmę silpnai radioaktyviesiems elementams su dideliu pusamžiu, pvz., U, Th, Ra; nurodomas radioaktyvaus preparato aktyvumas, t.y. skilimų skaičius per sekundę (Bq). Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 38 / 53 Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Labiausiai branduolinė spinduliuotė biologiškai paveikia organizmą jonizuodama. Organizme yra lengvų elementų: H, C, O, N, Ca, kurie jonizaciniu požiūriu turi panašias savybes, kaip oro dedamosios dalys: N2, O2, Ar2, H2O, CO2. Todėl medicinoje praktiškai Rentgeno ir γ spindulių poveikis organizmui pradėtas matuoti pagal oro jonizaciją, t.y. pagal bendrą sukurtų jonų skaičių. Taip atsirado 1928 m. Rentgeno ir γ spindulių dozės vienetas rentgenas, žymimas R. 1 rentgenas – tai spinduliuotės dozė, sukurianti 1 cm3 oro normaliosiomis sąlygomis tokią jonizaciją, kad vieno ženklo jonų bendras kruvis būtų lygus 1 CGSE krūvio vienetui. Į apibrėžtį neįeina trukmė. Tokia pat dozė gali būti suteikta stiprios spinduliuotės per trumpą laiko tarpą ir silpnos per ilgą. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 39 / 53 Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Kitas dozimetrijoje svarbus dydis yra spinduliuotės intensyvumas. Jam apibrėžti praktikoje vartojamas dydis Spinduliuotės intensyvumas dozės galia = doze laikas , pvz., R/h. Kadangi žmogaus organizmą sudaro kondensuotoji medžiaga, dozės vienetas rentgenas perskaičiuojamas į 1 g oro, kuris užima 733 cm3. Vienam oro molekulių jonui sukurti reikia 32,5 eV energijos. Perskaičiavę visiems jonams reikalingą energiją 1 kg organizmo audinių, gauname Rentgeno ir energijos sąryšis 1 rentgenas = 8, 4 · 10−3 J/kg = 0,0084 J/kg. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 40 / 53 Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija SI dozės vienetu priimtas grėjus (S. Gray, 1666-1736) Grėjus 1 Gr= 1 J/kg = 100 radų. Greta to, dažniau vartojamas vienetas yra Radas 1 radas = 1 rad = 0,01 J/kg = 0,01 Gr. Pavadinimas "rad" yra žodžių "radiation absorbed dose" trumpinys. Abu čia išvardyti vienetai: rentgenas ir radas nedaug skiriasi, o kadangi tikslumas nustatant biologinį poveikį yra nedidelis, praktikoje, ypač medicinoje, abe šie vienetai sutapatinami ir dažniausiai vartojamas terminas yra rentgenas. Reikia tik pabrėžti, kad abu šie vienetai tiesiogiai taikomi tik Rentgeno ir γ spindulių sukuriamai jonizacijai. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 41 / 53 Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Branduolio fizikos praktikoje susiduriama ir su daugybe kitų branduolinės spinduliuotės rūšių. Tai gali būti α, β spinduliai, protonai (p), greitėji ir lėtieji neutronai (n) ir kai kurios kitos greitintuvais greitinamos dalelės ir branduolių dalijimosi skelveldros. Visa šių spinduliuočių įvairovė aplinką jonizuoja panašiai, tik jų poveikis organizmo audiniams yra skirtingas, t.y. esant tai pačiai jonizacijai, labiau kenksmingas negu Rentgeno ar γ spindulių. Kadangi fizikiniai prietaisai, kurie registruoja jonizaciją, tų biologinių skirtumų nejaučia, teko visą dozių matavimo techniką patiksklinti ir išplėsti kitų rūšių spinduliams. Todėl dabar dozimetrinėje praktikoje vartojami tokie rentgeno analogai: Repas 1 repas = 1 rep. Pavadinimas kilo iš pirmųjų raidžių tokių žodžių (angliškai): roentgen equivalent physical. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 42 / 53 Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija 1 repas – tai dozė bet kurios branduolinės spinduliuotės, kuri sukuria tokį pat jonų skaičių kaip 1 rentgenas Rentgeno arba γ spindulių. Taigi fizikiniai prietaisai – dozimetrai – matuoja bet kokią spinduliuotę repais. Biologinis poveikis matuojamas remais. Remas 1 remas = 1 rem. Jo pavadinimas atsirado iš žodžių (angliškai): roentgen equivalent man. (Nebenaudojamas nuo 1980 m. Kitas vienetas - syvertas.) 1 remas apibūdinamas bet kokios branduolinės spinduliuotės dozė, kuri biologiniu požiūriu paveikia organizmą taip pat kaip 1 rentgenas Rentgeno arba γ spindulių. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 43 / 53 Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Stipresniam biologiniam poveikiui nusakyti įvairioms spinduliuotės rūšims priskiriamas tam tikras koeficientas, vadinamas biologiniu efektyvumu, sutrumpintai SBE. Jo vertės – lentelėje. Spinduliuotės rūšis SBE Rentgeno spinduliai, γ kvantai ir elektronai 1 Šiluminiai netronai 5 Protonai, α dalelės, neutronai iki 10 MeV 10 Sunkūs jonai (iš dalijimosi reakcijos) 20 Biologinė dozė skaičiuojama taip: Biologinė dozė Drem = SBE×Drep. Teisingai dozei nustatyti reikia kiekvienu atveju žinoti, kokiais spinduliais buvo apšvitinta. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 44 / 53 Turinys 1 Radiacijos matavimai ir taikymas Radioaktyvumas Radiacijos aptikimas ir matavimas Radiacijos jutikliai Radioaktyvumo taikymas Jonizuojančiojo spinduliavimo poveikis medžiagai Biologinis spinduliuotės poveikis. Dozimetrija Radiacija ir gyvybė Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 45 / 53 Radiacija ir gyvybė Trumpai tariant, radiacija vadinama pavojingoji radiacija – radioaktyvieji ir Rentgeno spinduliai, galintys suardyti atomus ir molekules. (Plačiąja prasme radiacija apima ir regimuosius bei infraraudonuosius spindulius, kurie yra naudingi gyviesiems organizmams.) Sugertoji dozė dauginama iš tam tikro koeficiento, apibūdinančio spindulių biologinį aktyvumą, ir gaunama ekvivalentinė dozė. Jos vienetas yra syvertas (R. Sievert), sutrumpintai žymimas Sv. 1 syverto dozę gauna žmogus, apšvitintas Rentgeno ar gama spinduliais, jei jo kūno kilograme išsiskiria 1 J energijos. Radiacijos matavimai ir taikymas XI paskaita 46 / 53 Radiacija ir gyvybė Iš natūralių šaltinių per metus žmogus gauna tokias ekvivalentines dozes (mSv): Išoriniai šaltiniai: I Kosminiai spinduliai: 0,4 I Žemės uolienos: 0,5 Vidiniai šaltiniai I 40K: 0,2 I Sunkieji elementai: 0,1 I 14C:

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!