Životní prostředí pro přírodní vědy RNDr. Pavel PEŠAT, PhD.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Životní prostředí pro přírodní vědy RNDr. Pavel PEŠAT, PhD."

Štěpánka Pokorná
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 Životní prostředí pro přírodní vědy RNDr. Pavel PEŠAT, PhD. KAP FP TU Liberec tel. 3293

2 Radioaktivita. Přímo a nepřímo ionizující záření. Interakce záření s látkou. Detekce záření, Dávka a dávkový ekvivalent. Ionizující záření a radioaktivní nuklidy v životním prostředí. Atomový zákon.

3 Literatura 1) Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika. Část 5, Moderní fyzika, ISBN ) E-fyzika, kolektiv autorů (ve slovenštině), 3) Státní ústav pro jadernou bezpečnost 4) Legislativa Atomový zákon č. 18/1997 Sb. Vyhláška č. 307/2002 Sb., o radiační ochraně, ve znění novely č. 499/2005 Sb.

slovenštině), 3) Státní ústav pro jadernou bezpečnost 4) Legislativa Atomový

4 Veličiny a jednotky jaderné fyziky Energie: 1 ev = q U 1, C 1 V = 1, J Atomová hmotnostní jednotka: u 1, kg 931,49 MeV Délková míra: E = mc m = 1 fm

hmotnostní jednotka: u 1,66053886 10 27 kg

5 Země v noci (NASA)

6 JADERNÁ ENERGIE Energie uvolňovaná při jaderných přeměnách. (exoergické reakce) 1. Radioaktivita (emise částic α, β -, β +, γ) 2. Jaderné štěpení 3. Jaderná fúze

7 JADERNÁ ENERGIE Mírové využití: ČEZ: Jaderná energetika Dukovany Temelín Jaderné havárie: Černobyl, Fukušima 1 Vojenské využití: Atomová / Vodíková bomba Technet: Jaderné zbraně: Testováno na lidech, zvířatech i Zemi Hirošima Bikini Car Bomba

Vojenské využití: Atomová / Vodíková bomba Technet: Jaderné

8 Chemické prvky v přírodě Mendělejevova tabulka prvků Mapa izotopů Zápis: A = hmotnostní (nukleonové) číslo Z = protonové číslo N = neutronové číslo

9 Radioaktivita Radioaktivita Zákon radioaktivního rozpadu dn = λndt, integrací n = n 0 e λt, n 0 počet částic v čase t = 0. Přírodní radionuklidy Indukovaná radioaktivita Proč jsou jádra nestabilní?

10 Rozpadová schémata - příklady počet emitovaných částic může být podstatně větší než aktivita

11 Hmotnost atomů a atomových jader Pro nadbytek energie Měření hmotnosti v hmotnostních spektrometrech (spektrografech) (Mattauchův spektrograf) Δm/m = 1/ Proti zákony zachování, výběrová pravidla

12 Snímek ze spektrometru rozlišení pro u = 16 atom. hmotnostních jednotek

13 Hmotnostní schodek Δm Vazbová energie jádra B

14 [MeV] Obr Závislosť väzbovej energie pripadajúcej na jeden nukleón od nukleónového čísla A. A

15 Jaderné štěpení 92U n 1 57 La Br n 1 E k štěpných trosek: 2, J E neutrin: 1, J E γ, neutronů, elektronů: J celkem na jedno štěpení: 3, J

J E neutrin: 1,76 10-12 J E γ, neutronů,

16 Spektrum hmotností produktů štěpení 235 U, povšimněte si logaritmické stupnice výtěžku

17 Zdroje radioaktivity Přirozené: pozemské, mimozemské (kosmické záření). Umělé: lékařské aplikace, jaderné testy, průmyslové aplikace (materiálový výzkum, trasování, energetika). dávka z přirozených zdrojů Kosmické záření 8% Radon 44% Záření zemské kůry 10% Konzumace potravin 21% Lékařské aplikace 16% Ostatní malé zdroje 1% Jaderná energetika 0,01%

18 Interakce jaderného záření s látkou

19 Účinný průřez j hustota toku nalétávajících částic ω plošná hustota center reakce v terčíku A celková zasažená plocha terčíku

20 Základní dělení jaderného záření Přímo ionizující záření (NABITÉ) těžké nabité částice elektrony Nepřímo ionizující záření (NENESE NÁBOJ) fotony gamma záření neutrony

21 Ionizační ztráty Charakteristika látky: koncentrace elektronů, ionizační potenciál Lineární brzdná schopnost

22 Závislost ionizačních ztrát energie de/dx na energii částice E k v jednotkách klidové energie částice mc 2 :pokles úměrný 1/v 2

23 Braggova křivka : počet iontů vytvořených na jednotkové dráze částice

24 Dolet těžkých nabitých částic

25 Průchod elektronů látkou Ionizační ztráty Brzdné záření

26 Interakce záření gamma Fotoelektrický jev Comptonův rozptyl Tvorba elektron-pozitronových párů Fenomenologický vztah pro zeslabení:

28 OCHRANA PŘED IONIZUJÍCÍM ZÁŘENÍM LEGISLATIVA České republiky Atomový zákon č. 18/1997 Sb. Vyhláška č. 307/2002 Sb., o radiační ochraně, ve znění novely č. 499/2005 Sb. STÁTNÍ ÚŘAD PRO JADERNOU BEZPEČNOST SÚJB

29 Základní veličiny Stochastické: s různou pravděpodobností nabývají různých hodnot, nelze předem stanovit, lze změřit, např. energie sdělená látce E = E in E out Nestochastické: v principu lze předem vypočítat, např. střední hodnota stochastické veličiny, střední energie sdělená látce <E>.

30 Aktivita Základní veličiny A = dn/dt Počet radioaktivních přeměn v radioaktivním materiálu, vztažený na jednotku času Poločas rozpadu je doba, za kterou se přemění polovina celkového počtu atomárních jader ve vzorku t 1/2 = (1/λ). ln(2) Aktivita měrná (A/m) Aktivita objemová (A/V) Aktivita plošná (A/S) Aktivita molová (A/n)

31 Základní veličiny Tok (Fluence) prošlých částic Φ = dn/ds charakteristika pole ionizujících částic

32 Základní veličiny Dávka D = de/dm Střední energie E sdělená ionizujícím zářením látce v objemovém elementu, ve kterém je hmotnost látky dm Jednotka: Joule/kilogram = Gray (Gy) Starší jednotka: 1 rad = 0,01Gy KERMA = kinetic energy released in material (pro nepřímo ionizující záření) Expozice (pro fotonové záření)

33 Ekvivalentní dávka H T = w R D TR Jednotka: Sievert [Sv] w R..radiační váhový faktor dle tabulky 1 přílohy č. 5 vyhlášky č. 307/2002 Sb.

34 Efektivní dávka E= Σ(w T H T ) w R..tkáňový váhový faktor dle tabulky 2 přílohy č. 5 vyhlášky č. 307/2002 Sb.

35 Dávkový ekvivalent H= QD Q..jakostní činitel dle tabulky 3 přílohy č. 5 vyhlášky č. 307/2002 Sb.

36 Stručný přehled biologických účinků záření Účinky záření: smrt buňky, změna metabolismu buňky, změna genetické informace. Deterministické účinky akutní nemoc z ozáření (intenzita projevu roste s dávkou, existuje práh dávky, radiační zánět kůže). Stochastické účinky Předpokládá se bezprahový, lineární vztah mezi dávkou a účinkem, závislost účinků na dávce má statistický charakter, při nízkých dávkách nelze odlišit od spontánně vzniklých případů, zhoubné nádory.

37 Optimalizace a limity ozáření dle Vyhlášky č. 307/2002 Sb. Optimalizace radiační ochrany ( 17 vyhlášky). Obecné limity ( 17 vyhlášky): základní hodnota: 1 msv za rok. Limity pro radiační pracovníky ( 20 vyhlášky): základní hodnota: 100 msv za 5 za sebou jdoucích kalendářních let). Limity pro učně a studenty ( 21 vyhlášky) Odvozené limity. Omezování ve zvláštních případech.

38 Detektory záření Detekce důsledků interakce záření s látkou: primárně ionizace. Plynové (Geiger-Mullerova trubice). Polovodičové (dioda v závěrném směru). Filmové (dozimetry). Scintilační.

39 Základní princip polovodičového detektoru Průchod částice p-n přechodem zapojeném v závěrném směru způsobí ionizaci průraz. n p

40 Klasifikace zdrojů (Hlava II Vyhlášky 307/2002 Sb.) Zprošťovací úrovně limity, pod kterými lze se zdroji pracovat, jako by nebyly. Nevýznamné zdroje. Drobné zdroje. Jednoduché zdroje. Významné zdroje. Velmi významné zdroje (jaderný reaktor).

Podobné dokumenty

Interakce záření s hmotou

Interakce záření s hmotou nabité částice: ionizují atomy neutrální částice: fotony: fotoelektrický jev Comptonův jev tvorba párů e +, e neutrony: pružný a nepružný rozptyl jaderné reakce (radiační záchyt