Link: OLE-Object-Data 4. Vlastnosti ionizujícího záření Energie záření (g, b, a apod.) keV -- MeV, ionizační energie atomů a molekul < 25 eV proto ionizující záření. a) -> M -> M^+ + e^- b) -> M -> M* Rychlost asi 10^-16 -- 10^-15 s, poměr a) a b) 1:2, elektrony spůsobují další sekundární ionizaci a excitaci. Excitace je mnohonásobná a do vysokých excitačních stavů (na rozdíl od UV) Pojmy a veličiny: ionizující záření, jaderné záření (pouze při radioaktivních přeměnách), radioaktivní záření (nesprávné, záření není radioaktivní {kromě n}) Absorpce záření -- postupné odevzdávání energie až do stavu kdy už není schopno dále ionizovat Dosah záření -- tloušťka vrstvy která úplně absorbuje záření Absorpční křivky Dávka záření -- energie sdělená ionizujícím zářením (energie získaná od všech primárně i sekundárně ionizujících částic) malému objemu látky D = de / dm Rozměr je J kg^-1, jednotkou Gray (Gy), 1 Gy = energie 1 J absorbovaná v 1 kg látky. Rozsah dávek: 10^-6 -- 10^-2 Gy při monitorování dávek v životním prostředí, 10^-4 -- 1 Gy při monitorování dávek u profesionálních pracovníků se zářením, 10^-1 -- 10^2 Gy v léčebném použití záření, 10^-1 -- 10^4 Gy v radiobiologii a 10^2 -- 10^5 Gy v radiační chemii a technologii. Dávkový příkon -- rychlost s jakou je látce energie sdělována, rozměr W kg^-1, jednotka Gy s^-1 D(s tečkou) = dD / dt Lineární přenos energie -- používá se při posuzování biologických účinků IZ a udává rozložení sdělené energie podél dráhy částice, rozměr J m^-1, běžně keV mm^-1 L = dE / dx (tzv Braggova křivka) Mechanismus ztráty energie záření: a: (těžké nabité částice): krátký, ostře definovaný dosah, ionizace po většinu dráhy stejná pak ostrý pokles k 0 (zachycení elektronů a vznik He), dosah ve vzduchu několik cm, v kapalinách desítky mm, lineární ionizace je největší před koncem dráhy (viz Braggova křivka) b: L je menší než u a, menší náboj a při stejné energii větší rychlost v = , má proto větší pronikavost a dosah, v plynech metry, kapaliny milimetry: Tabulka: Dosah (mm) b záření čtyř radionuklidů v různých materiálech Absorpční křivka (viz Absorpční křivky nahoře) má exponenciální průběh: I = I[0] e^-md Kde d je tloušťka absorbující vrstvy v m a m je lineární absorpční koeficient v m^-1, závisí na hustotě elektronů absorbujícího prostředí a energii b záření. Další možnosti ztráty energie b záření -- brzdné záření -- při průniku až k jádru, dochází v elektrickém poli k vyzařování spojitého RTG záření (0,1 -- 0,4 nm = 60 -- 250 keV), uplatňuje se při velké energii b záření a velkém Z. Čerenkovovo záření vzniká je li v[b] > c / n, vzniká rázová elektromagnetická vlna -- světelný záblesk. Ve vodě dochází pro E[b] > 0.26 MeV. g: Ionizuje nepřímo účinkem sekundárních elektronů, tři děje: a) fotoefekt -- pro E[g] < 0.1 MeV, na elektron uvnitř obalu se přenese celá energie fotonu, pravděpodobnost silně závisí na Z a E[g] (~ Z^5 / E[g]^3,5), doprovazen RTG emisí (zaplňování slupek) b) Comptonův rozptyl - pro E[g] 0,1 - 2 MeV, interakce s orbitálními elektrony, foton předá část své energie a uvolňuje jej z atomu (Comptonův elektron), atd. (zmenšuje se E[g] a směr g se mění, až zanikne fotoefektem), pravděpodobnost ~ Z / E[g ] c) tvorba párů -- v blízkosti atomového jádra a pro E[g] > 1,02 MeV, dochází ke vzniku páru e^- a e^+, pravděpodobnost ~ Z^2 / E[g], pozitrony zanikají anihilací Uplatnění těchto 3 dějů: Lineární ionizace je malá a dosah g proto velký, nelze jej běžně určit. Zeslabení svazku g se řídí vztahem: I = I[0] e^-md Kde m (lineární absorpční koeficient) zahrnuje všechny tři děje a závisí proto na Z a E[g]. Pronikavost g se vyjadřuje pomocí polotloušťky -- vrstva zeslabující počáteční intenzitu záření na 1 / 2. I = I[0] / 2 (r) I[0] / 2 = I[0] e ^-- md 1 / 2 = e ^-- md ln (1 / 2) = - m d - ln 2 = - m d d = ln 2 / m d[1/2] = ln 2 / m Tabulka: Polotloušťky (cm) pro absorpci g záření v některých látkách Pro vzduch pro 0,1 MeV 35 m, pro 1,0 MeV 90 m. n: energii ztrácí srážkami s atomovými jádry, k účinnému zpomalení dochází při srážce s lehkými jádry (nejlépe ^1H), DeltaE = E (4 m M) / (m + M)^2 po zpomalení na energii ~ 10^-2 eV (tepelné neutrony) zanikají jadernou reakcí, stejně jako u g nemá n záření definovaný dosah, m závisí na účinném průřezu (s rozměr m^2 , závisí na energii projektilu a druhu jaderné reakce) záchytu neutronů jádry absorbující látky Pronikavost n se vyjadřuje opět pomocí polotloušťky. Ionizační účinky jsou nepřímé a jsou způsobeny částicemi, které vznikají jadernou reakcí při záchytu neutronu. ^10B (n, a) ^7Li apod. Při srážce s H (živé organismy) DeltaE = E, vyražení p z H atomu se značnou E[kin] a velkým lineárním přenosem energie, nebezpečné pro živé organismy Zdroje IZ: - aparaturní -- záření vzniká jen během provozu zařízení - radionuklidové -- emitují záření nepřetržitě Zdroje g a RTG záření: g: ^241Am, ^109Cd, ^57Co, ^55Fe, ^60Co, ^137Cs, ^192Ir; RTG: RTG lampy, ^109Cd, radionuklidy generující brzdné záření při absorpci b záření, urychlovače elektronů Zdroje elektronů: ^90Sr / ^90Y, ^3H, ^147Pm ; urychlovače elektronů Zdroje pozitronů: ^22Na, ^68Ge Zdroje těžkých kladných částic: a: ^210Po, ^226Ra, ^238Pu, ^239Pu, ^241Am, urychlovače částic Zdroje neutronů: radionuklidové zdroje založené na reakci (a, n) a samovolném štěpení, neutronový generátor (^3H (d, n) ^4He), jaderný reaktor Ochrana před IZ: Spočívá v zeslabení dávky záření na hodnotu při níž je riziko pro lidský organismus sníženo na zanedbatelnou hodnotu. Metody ochrany před IZ: a) udržováním patřičné vzdálenosti od zdroje záření ~ 1 / l^2 (důležité u g záření) b) odstíněním záření (všude kromě a záření, u b stačí 1-2 cm skla, plexiskla, u g olovo, železobeton, beton s barytem (BaSO[4] -- těživec), pozitrony se stíní jako g, stejně se stíní g při rekaci pomalých neutronů s jádry atomů, neutrony se zpomalují př. parafínem) c) nejkratší dobou pobytu v prostoru kde záření působí