IZOTOPOVÉ METODY
IZOTOPOVÉ METODY
Organizační informace: Přednášky a cvičení, přednáška zakončená testem + případná
ústní zkouška, cvičení 100% účast + všechny vypracované protokoly.
1. Základní údaje
doporučená literatura: Radioaktivita, ionizující záření, jaderná energie - Jiří Hála - Konvoj
1998, koupit skripta Jiří Hála - Cvičení s jaderné chemie
Sylabus přednášky: 1. Základní údaje 2. Atomové jádro, 3. Radioaktivní přeměny, 4.
Vlastnosti ionizujícího záření, 5. Metody detekce IZ, 6. Biologické účinky IZ, 7. Použití
radionuklidů a izotopů v biologii a lékařství
Sylabus cvičení: 1. Školení bezpečnosti práce; 2. Test + (1A) Vliv doby měření a pozadí na
přesnost měření radioaktivních vzorků; 3. (2B, 3A) Mrtvá doba scintilačního detektoru,
charakteristika scintilačního detektoru; 4. (4B) Spektrometrie  záření s polovodičovým
detektorem; 5. (5A) Absorbce záření ; 6. (11) Aktivace; 7. (13) Kapalná scintilace;
Struktura hmoty:
Rozdělení částic (hmoty):
Elementární částice dnes ­ cca 100 částic + 100 antičástic
Následující schéma naznačuje zjednodušeně členění elementárních částic:
1
IZOTOPOVÉ METODY
­ bosony, celý spin (vnitřní moment hybnosti)(16
O, , )
­ fermiony, polocelý spin (p, n, e)
­ hadrony, slabá jad., el. mag. a silná jaderná
­ leptony, necítí silnou jadernou (e, , )
hadrony ­ baryony ­ polocelý spin (n, p)
mezony ­ celý spin ()
Symbolika: běžný zkrácený zápis:NA
Z X A
X
A ­ nukleonové číslo (A=Z+N)
Z ­ protonové číslo
N ­ neutronové číslo
Zvláštní symbolika: D ­ deuterium ­ 2
H
T ­ tritium ­ 3
H
Pojmy: nuklid(y) ­ soubor identických atomů jejichž jádra tedy mají identické složení,
stejné A i Z
isotopy ­ soubor atomů které mají stejné protonové (Z) ale různé neutronové N
(tím pádem i A) číslo
isobary ­ nuklidy které mají stejné nukleonové (A) ale různé protonové číslo
radio ­ značí že jádro je nestabilní a samovolně se rozpadá
Příklady: Isobary: 40
Ar, 40
K, 40
Ca.
2
IZOTOPOVÉ METODY
Hmotnost atomu: kg x u definice u: u = 1/12 m(12
C)
po vyčíslení: u = 0,012 /(12 6,022.1023
) = 1,6606.10-27
kg = 1 u
Energie: J x eV definice eV: je to energie kterou elektron získá při průchodu
potenciálovým spádem 1V E = Q U
po vyčíslení: E = Q U = 1,602.10-19
1 = 1,602.10-19
J = 1 eV
Příklady: Energie fotonu viditelného záření.
 = 550 nm = 5,5.10-7
m; h = 6,63.10-34
J s; c = 2,997.108
m s-1
E = h  = h c /  = 6,63.10-34
2,997.108
/ 5,5.10-7
= 3,6.10-19
J = 3,6.10-19
/
1,602.10-19
= 2,3 eV
Ekvivalentní energie 1 u.
m = u = 1,6606.10-27
kg; c = 2,997.108
m s-1
E = m c2
= 1,6606.10-27
(2,997.108
)2
= 1,492.10-10
J = 1,492.10-10
/ 1,602.10-19
= 931,3 MeV
2. Atomové jádro
- p + n; centrum + náboje a hmoty (m(p) či m(n)  2000 m(e)); průměr jádra  10-15
m
(atomu 10 -10
m)
3
IZOTOPOVÉ METODY
Jaderná potenciálová jáma a bariéra:
Hladinový model jádra:
- p i n mají spin 1/2 a ve společném (ale zvlášť p a n) silovém poli platí Pauliho princip ­
každá částice musí být v jiném kvantovém stavu (jako u e v obalu)
- vzniká tak soubor hladin (zvlášť pro p a n)
4
IZOTOPOVÉ METODY
- u p coulombická síla způsobuje zvýšení energie energetických hladin v potenciálové jámě
- zaplňování slupek (en. hladin) probíhá obdobně jako u elektronového obalu (2, 8, 8, 18,
18, 32...), zde u p 2, 6, 12 ... obdoba u n, celkem pak 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 protonů a 2,
8, 20, 28, 50, 82, 126 neutronů, jsou to tzv magická čísla
- po zaplnění těchto slupek je jádro stabilizováno, obdoba vzácných plynů (při zaplňování
slupek v el. obalu)
- dvojitě magická : Z a N jsou magická čísla; Příklad: 4
He (2p, 2n), 16
O (8p, 8n), 208
Pb
(82p, 126n)
- ostrůvky stability: předpokládá se vznik relativně stabilních nuklidů , 298
X (114p, 184n),
310
Y (126p, 184n)
- aby bylo jádro stabilní musí mít též správný poměr N a Z, zpočátku N / Z = 1 poté roste až
na 1,52 u posledního stabilního nuklidu 209
Bi (83p, 126n), tzv. řeka stability
- př. 100
Sn (50p, 50n) T1/2  1 s
- nejstabilnější jádra jsou sudo-sudé, pak sudo-liché či licho-sudé a jen 4 stabilní licho-
liché: 2
H (1p, 1n), 6
Li (3p, 3n), 10
B (5p, 5n) a 14
N (7p, 7n)
Hmotnost a vazebná energie jádra:
m(X) < Z m(p) + N m(n) hmotnostní úbytek:  = m(X) ­ (Z m(p) + N m(n)) < 0
Ev = - c 2
(Ev > 0) - vazebná energie jádra, z definice plyne že je kladná
 = Ev / A - střední vazebná energie, v podstatě je to energie potřebná k uvolnění jednoho
nukleonu z jádra
Excitační energie jádra je o 5-6 řádů větší než excitační energie el. obalu.
5
IZOTOPOVÉ METODY
Příklad: 12
C (6 p, 6 n), m(p) = 1,6726.10-27
kg; m(n) = 1,6750.10-27
kg; m(e) = 9,1095.10-31
kg; c = 2.997.108
m s-1
; u = 1,6606.10-27
kg
teoretická m(12
C) = 6 m(p) + 6 m(n) + 6 m(e) = 2,0091.10-26
kg
skutečná m(12
C) = 12 u = 1,9927.10-26
kg
 = 1,9927.10-26
- 2,0091.10-26
= -1.6407.10-28
kg
Ev = 1.6407.10-28
(2.997.108
)2
= 1,4736.10-11
J = 1,4736.10-11
/ 1,602.10-19
= 92 MeV
 = 9,2.107
/ 12 = 7,7 MeV
Zajímavost: Při vzniku 12g (1 mol) 12
C z p a n, by se uvolnilo 1,4736.10-11
6,022.1023
= 8,9
TJ, rozštěpením 12g uranu se uvolní asi 1 TJ ale rozštěpením 1 molu uranu 20 TJ
Kapkový model jádra:
Ev k A - krátký dosah jaderných sil obdoba v kapce vody, působí na sebe jen sousední
molekuly

Ev = k1 A ­ k2 A2/3
­ k3 Z2
A-1/3
objemová e. povrchová e. coulombické odp. protonů
6
IZOTOPOVÉ METODY
tvar jádra: kulový tvar mají jen dvojitě magická jádra, ostatní jádra se stabilizují změnou
tvaru
Izotopové efekty: 1
H2O, 2
H2O, 3
H2O či 235
UF6 a 238
UF6
střední rychlost molekul: v = m/kT8
frekvence vibrace (těžší iz. menší frekv.): )mm/()mm( 2121 +
Jiná tt, tv, rychlost difúze, rychlost chemické reakce
Příklad: tv
2
H2O = 101,42 °C; tt = 3.82 °C
7
IZOTOPOVÉ METODY
3. Radioaktivita
>2000 nuklidů; 266 stabilních
radioaktivita ­ samovolná přeměna na jiný nuklid (neplatí pro deexcitaci jádra)
pro Z  20 N / Z 1, poté postupně až 1,52 pro 209
Bi, přebytek neutronů zmenšuje
odpuzování protonů
Při radioaktivní přeměně se uvolňuje energie.
X  Y + n částic
Základní hmotnostní podmínka radioaktivity:
M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC)
Energie uvolněná při radioaktivní přeměně:
Epřeměny = Ekin(Y) + Ekin(ČÁSTIC) + E
8
IZOTOPOVÉ METODY
Stabilita atomových jader vyplývá z hladinového modelu:
Skupiny radioaktivních přeměn:
1. mění se Z při konstantním A (-, +, EZ)
2. mění se Z i A (, emise nukleonů, emise těžších jader 14
C, 24
Ne, SŠ)
3. deexcitace jádra ( emise okamžitá či zpožděná, vnitřní konverze)
Druhy radioaktivních přeměn:
A) Přeměna -
n  p + e + e XA
Z  Y + A
1Z+ - + e
14
C  14
N + - + e
měříme 210
Pb  210
Bi + - + e
Energie se rozdělí mezi jádro (málo), elektron a e náhodně, spektrum je proto spojité.
9
IZOTOPOVÉ METODY
Jádro Y vzniká: a) v základním stavu 3
H, 14
C, 32
P, 35
S
b) v excitovaném stavu (poté dochází k emisi 1 či více )
60
Co  60
Ni + - + e; 60
Ni  60
Ni + 
Může vznikat i směs a) a b)
B) Přeměna +
p  n + e+
+ e XA
Z  Y + A
1Z- + + e
22
Na  22
Ne + + + e
Platí stejné energetické zásady jako u - přeměny (spojité spektrum apod.).
Čistý + rozpad je vzácný, většinou probíhá spolu s elektronovým záchytem (EZ). Měří se
pomocí anihilačních fotonů a ionizačních účinků e+
:
e+
+ e-
 2 , E = 2 me c2
= 1,02 MeV t. j. 0,51 MeV na jedno kvantum 
C) Elektronový záchyt (EZ)
p + e  n + e + eXA
Z
-
 Y + A
1Z- e
7
Be + e-
 7
Li + e
Po EZ dochází k následným dějům pomocí kterých se tato radioaktivita měří: zaplňování
vakancí ve slupkách K či L  emise RTG fotonů či Augerových elektronů (elektrony
vyražené RTG zářením z vyšších slupek elektronového obalu, mají diskrétní energii, Eaug =
ERTG ­ Evaz.). Měří se RTG fotony.
Použití v medicíně: 13
N, 15
O, 11
C
10
IZOTOPOVÉ METODY
D) Přeměna 
XA
Z  Y + ()4A
2Z
-
- He4
2
226
Ra  222
Rn + 
měříme
Alfa částice je velice stabilní a proto je její emise výhodná, zvlášť u těžších prvků.
11
IZOTOPOVÉ METODY
Na rozdíl od spektra  je spektrum  spojité ale stejně jako při  rozpadu vzniká část jader
excitovaná.
Odrazová energie jádra Y:
EY = (m() Q()) / (m(Y) + m()) kde Q() = 931,5 (m(X) - m(Y) - m())
Y 
2% Q() 98% Q()
E  5 MeV, EY 100 keV, Q() ­ přeměnová energie jádra X [MeV]
U přeměny  a emise  je odrazová energie mnohem menší (řádově 101
eV). Zde odrazová
energie způsobuje ztrátu části orbitálních elektronů, vzniká ion z velkým kladným nábojem,
což vede ke rozrušení chemických vazeb v dané sloučenině.
E) Emise těžších jader
232
U  208
Pb + 24
Ne
měříme
Obdoba  rozpadu.
F) Samovolné štěpení (SŠ)
Je-li splněna hmotnostní podmínka, rozštěpí se jádro těžší na dvě lehká plus dva až tři
neutrony. Existuje ale i bezneutronové štěpení.
Vysvětlení: hladinový model: emise těžké částice, obdoba emise  částice
kapkový model: zvětšení povrchu, zúžení, vznik stabilních zárodků, zaškrcení,
rozštěpení
12
IZOTOPOVÉ METODY
Většinou SŠ konkuruje  přeměna, která je na rozdíl od SŠ velice rychlá. V excitovaném
stavu jde SŠ snadněji, protože jádro je deformovanější.
Příklad: T1/2 SŠ pro excitované jádro 240
Pu = 8 s, pro jádro v základním stavu 1,2.1011
roků.
Použití: 252
Cf ­ jako zdroj neutronů se kterými se ozařují nádory
G) Emise nukleonů
Normálně nemožná (jen na hranici existence jádra). Možná je spíše zpožděná emise nukleonů
z excitovaného jádra.
25
Si  25
Alexcit
+ +  24
Mg + p
H) Větvené přeměny
1)  / 
2)  / SŠ
3)  / EZ
4) + / EZ
5) - / EZ
Současně můžou probíhat i více jak 2 přeměny naráz. Každý děj probíhá vlastní rychlostí.
Celkový úbytek nuklidu je řízen nejrychlejším dějem.
I) Přeměna  a vnitřní konverze
Po radioaktivní přeměně vzniká jádro většinou v excitovaném stavu. Foton má spin I = 1 a
proto změna spinu o 1 je nejpravděpodobnější a dochází k ,,okamžité emisi  záření."
Rychlost s I = 1 T 1/2 = 10-16
­ 10-10
s, s  I = 2 T1/2 = 10-11
­ 10-4
s
Dále existuje ,,zpožděná emise  záření"  I > 2 (zakázaný přechod) T1/2 = 10-3
s ­ roky, daný
nuklid se pak nazývá jaderný izomer.
Příklad: 137
Cs  137m
Ba + - + e ; 137m
Ba  137
Ba + 
T1/2 = 30,1 roků T1/2 = 2,7 minut
vnitřní konverze: Je to přímý a nezářivý přenos excitační energie jádra na orbitální elektron.
13
IZOTOPOVÉ METODY
Konvertované elektrony mají diskrétní spektrum: Ekon = Eexc ­ Evaz. el.
Je-li I = 0 pak VK je jediný možný proces, protože emise není v tomto případě možná.
Kinetika radioaktivních přeměn:
- za dostatečně krátký časový interval se přemění vždy stálá část z přítomného počtu (N)
atomů radioaktivního nuklidu (radionuklidu)
(dN / N) / dt = 
 [s-1
] ­ přeměnová konstanta
Př.  = 1.10-3
s-1
­ z přítomného počtu RN se přemění každou sekundu 1 / 1000 atomů
14
IZOTOPOVÉ METODY
Rychlost přeměny závisí na - výchozím a konečném stavu jádra
- vlnové funkci obou jader
- na parametrech slabé, silné a elektromagnetické interakce
nezávisí na - tlaku, teplotě, koncentraci, chemické formě
Vyjímka: U EZ a vnitřní konverze. slouč. < kov př: u 7
Be  (BeF2) < kov o 0,1 %
Střední doba života:  = 1 / 
Aktivita: rychlost přeměny radioaktivního nuklidu
A = dN / dt A =  N
- závisí na počtu radioaktivních atomů v radioaktivní látce
- rozměr s-1
- jednotka 1 becquerel (Bq), násobné kBq, MBq, GBq apod.
- měrná aktivita: vztaženo na m, V, c apod.
- maximální možná aktivita A =  N =  NA [Bq . mol-1
]
Časová změna aktivity:
-dN / dt =  N  N = N0 e ­t
 A = A0 e ­t
- aktivita RN klesá s časem exponenciálně, rychlost poklesu je dána konstantou .
Poločas přeměny: A = A0 / 2  A0 / 2 = A0 e ­t
1 / 2 = e ­t
ln (1 / 2) = -  t
- ln 2 = -  t
t = ln 2 / 
T1/2 = ln 2 / 
Měření poločasu rozpadu z úbytku aktivity lze jen u krátkodobě žijících radionuklidů. Jinak
se poločas rozpadu počítá z aktivity radionuklidu o známé hmotnosti (měrné aktiviy).
15
IZOTOPOVÉ METODY
Radionuklid o hmotnosti m obsahuje: N = n NA
N = (m NA)/ Ar
A = ( m NA)/ Ar
Pak z  spočítáme T1/2, popřípadě se znalosti  spočítáme m.
Příklad využití vztahu A = A0 e ­t
:
- uhlíková metoda 14
N (n, p) 14
C ­ vysvětlit tento druh zápisu
- 14
C se během minut až hodin oxidují na CO2
- rozdělení mezi rostliny, organismy, oceány
- rovnováha 15,3 přeměny za minutu v 1g C živé hmoty
- po smrti konec rovnováhy, citlivost asi do 50 000 roků (T1/2 = 5,7 tisíc roků)
- měří se dřevo, uhlíky, textil, kůže
- moderní metoda: urychlovačová hmotnostní spektrometrie, použitelná až do 100 000 roků
- stačí i 0,05 mg vzorku, ve vakuu se vzorek bombarduje ionty Cs+
za vzniku 14
C-
(izobarický 14
N záporné ionty netvoří) poté se ionty 14
C-
dostávají do prostoru s Ar, vzniká
14
C3+
a vstupují do hmotnostního spektrometru.
- stejná metoda se používá ke stanovení obsahu př.: 10
Be (mořské sedimenty, polární led),
36
Cl a 129
I (podzemní vody), 27
Al (mořské sedimenty).
Příklad: Maximální měrná aktivita pro glycin NH2 ­ CH2 - 14
COOH
T1/2 = 5760 r = 1,818.1011
s; NA = 6,022.1023
mol-1
 = ln (2) / T1/2 = 3,813.10-12
s-1
A (molární, maximální) =  NA = 3,813.10-12
6,022.1023
=
2,3.1012
Bq . mol-1
= 2,3 TBq . mol-1
= 2,3 GBq . mmol-1
Z katalogu SIGMA: glycin 14
C 0,3 ­ 2,0 GBq . mmol-1
Kinetika hromadění stabilního produktu radioaktivní přeměny:
X  Ystab.
-dNX / dt = dNY / dt
Na počátku (t = 0) NX, 0 atomů X a 0 atomů Y pak v čase t platí:
NX, 0 = NX + NY
NX = NX, 0 e ­t
= (NX + NY) e ­t
Pro počet atomů NY vzniklých za čas t platí:
NX / e ­t
= NX + NY
NY = NX / e ­t
- NX
NY = NX e t
- NX
NY / NX = e t
­ 1
Použití: Při určování stáří nerostů. Nuklid musí mít velký T1/2 (40
K, 87
Rb, 238
U atd.), okamžik
krystalizace t = 0. Nejznámější je metoda draslík-argonová: roztavení materiálu a stanovení
40
Ar pomocí hmotnostní spetrometrie.
16
IZOTOPOVÉ METODY
40
K  40
Ca + - + e (90% -)
40
Ar + e + RTG (10% EZ)
Kinetika hromadění radioaktivního produktu radioaktivní přeměny:
X (X)  Y (Y)  ...
X mateřský radionuklid, Y dceřinný radionuklid
Celková změna počtu atomů Y v čase je: dNY / dt = X NX - Y NY
Pro počet atomů Y v čase t platí:
NY = NX, 0 X / (Y - X) (e ­x t
- e ­y t
)
Jestli T1/2X >> T1/2Y (X << Y) pak se vztah zjednodušuje na:
AY = AX, 0(1 - e ­y t
)
Za dostatečně dlouhou dobu (vůči T1/2Y) pak platí:
AY = AX, 0
To znamená že po uplynutí určité doby (10ti násobek T1/2 Y) se vytvoří v původně čistém
nuklidu X dceřinný nuklid Y o stejné aktivitě ­ tzv. trvalá radioaktivní rovnováha.
Významné jsou některé produkty štěpení uranu: 137
Cs  137m
Ba + -
V přírodě najdeme trvalé radioaktivní rovnováhy v radioaktivních řadách. Existují 3 a to uran-
radiová (238
U ­ 206
Pb), thoriová (232
Th ­ 208
Pb) a uran ­ aktiniová (235
U ­ 207
Pb).
Přechodná radioaktivní rovnováha: Mateřský nuklid má sice větší poločas rozpadu ale
srovnatelný s dceřiným nuklidem (X < Y; T1/2X >T1/2Y).
17
IZOTOPOVÉ METODY
AY = AX Y / (Y - X)
AY / AX = Y / (Y - X)
Poměr AY / AX je konstantní, maximální aktivity je dosaženo v čase:
t = 1 / (Y - X) ln (Y / X)
Generátory radioaktivních nuklidů: Kolonka sorbentu s pevně zachycenou vhodnou
formou mateřského nuklidu, ve vhodné době se dceřinný nuklid s kolonky vymyje.
18
IZOTOPOVÉ METODY
Přirozeně se vyskytující radioaktivní prvky: přírodní X umělé (není mezi nimi rozdílu)
1. T1/2 > 108
roků, vznikly při syntéze prvků ve vesmíru
2. T1/2 < 108
roků, vznikají jako produkty přeměny mateřských nuklidů z radioaktivních řad
a jadernými reakcemi v zemské atmosféře působením kosmického záření (3
H, 14
C, 10
Be
aj.)
4. Vlastnosti ionizujícího záření
Energie záření (, ,  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
19
IZOTOPOVÉ METODY
Absorpční křivky
Dávka záření ­ energie sdělená ionizujícím zářením (energie získaná od všech primárně i
sekundárně ionizujících částic) malému objemu látky
D = d / 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
­ 102
Gy v léčebném
použití záření, 10-1
­ 104
Gy v radiobiologii a 102
­ 105
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 m-1
L = dE / dx
20
IZOTOPOVÉ METODY
(tzv Braggova křivka)
Mechanismus ztráty energie záření:
: (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 m, lineární ionizace je největší před koncem dráhy (viz Braggova
křivka)
: L je menší než u , menší náboj a při stejné energii větší rychlost v = m/E2 , má proto
větší pronikavost a dosah, v plynech metry, kapaliny milimetry:
21
IZOTOPOVÉ METODY
Tabulka: Dosah (mm)  záření čtyř radionuklidů v různých materiálech
Absorpční křivka (viz Absorpční křivky nahoře) má exponenciální průběh:
I = I0 e-d
Kde d je tloušťka absorbující vrstvy v m a  je lineární absorpční koeficient v m-1
, závisí na
hustotě elektronů absorbujícího prostředí a energii  záření.
Další možnosti ztráty energie  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  záření a velkém Z. Čerenkovovo záření vzniká je li v > c / n,
vzniká rázová elektromagnetická vlna ­ světelný záblesk. Ve vodě dochází pro E > 0.26
MeV.
: Ionizuje nepřímo účinkem sekundárních elektronů, tři děje:
a) fotoefekt ­ pro E < 0.1 MeV, na elektron uvnitř obalu se přenese celá energie fotonu,
pravděpodobnost silně závisí na Z a E (~ Z5
/ E
3,5
), doprovazen RTG emisí (zaplňování
slupek)
22
IZOTOPOVÉ METODY
b) Comptonův rozptyl - pro E 0,1 - 2 MeV, interakce s orbitálními elektrony, foton předá
část své energie a uvolňuje jej z atomu (Comptonův elektron), atd. (zmenšuje se E a směr
 se mění, až zanikne fotoefektem), pravděpodobnost ~ Z / E
c) tvorba párů ­ v blízkosti atomového jádra a pro E > 1,02 MeV, dochází ke vzniku páru
e-
a e+
, pravděpodobnost ~ Z2
/ E, pozitrony zanikají anihilací
Uplatnění těchto 3 dějů:
23
IZOTOPOVÉ METODY
Lineární ionizace je malá a dosah  proto velký, nelze jej běžně určit. Zeslabení svazku  se
řídí vztahem:
I = I0 e-d
Kde  (lineární absorpční koeficient) zahrnuje všechny tři děje a závisí proto na Z a E.
Pronikavost  se vyjadřuje pomocí polotloušťky ­ vrstva zeslabující počáteční intenzitu
záření na 1 / 2. I = I0 / 2  I0 / 2 = I0 e ­ d
1 / 2 = e ­ d
ln (1 / 2) = -  d
- ln 2 = -  d
d = ln 2 / 
d1/2 = ln 2 / 
24
IZOTOPOVÉ METODY
Tabulka: Polotloušťky (cm) pro absorpci  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 1
H),
E = E (4 m M) / (m + M)2
po zpomalení na energii ~ 10-2
eV (tepelné neutrony) zanikají jadernou reakcí, stejně jako u 
nemá n záření definovaný dosah,  závisí na účinném průřezu ( rozměr m2
, 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.
10
B (n, ) 7
Li apod.
Při srážce s H (živé organismy) E = E, vyražení p z H atomu se značnou Ekin a velkým
lineárním přenosem energie, nebezpečné pro živé organismy
Zdroje IZ:
- aparaturní ­ záření vzniká jen během provozu zařízení
- radionuklidové ­ emitují záření nepřetržitě
Zdroje  a RTG záření: : 241
Am, 109
Cd, 57
Co, 55
Fe, 60
Co, 137
Cs, 192
Ir; RTG: RTG lampy,
109
Cd, radionuklidy generující brzdné záření při absorpci  záření, urychlovače elektronů
Zdroje elektronů: 90
Sr / 90
Y, 3
H, 147
Pm ; urychlovače elektronů
Zdroje pozitronů: 22
Na, 68
Ge
Zdroje těžkých kladných částic: : 210
Po, 226
Ra, 238
Pu, 239
Pu, 241
Am, urychlovače částic
Zdroje neutronů: radionuklidové zdroje založené na reakci (, n) a samovolném štěpení,
neutronový generátor (3
H (d, n) 4
He), jaderný reaktor
25
IZOTOPOVÉ METODY
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 / l2
(důležité u  záření)
b) odstíněním záření (všude kromě  záření, u  stačí 1-2 cm skla, plexiskla, u  olovo,
železobeton, beton s barytem (BaSO4 ­ těživec), pozitrony se stíní jako , stejně se stíní 
při rekaci pomalých neutronů s jádry atomů, neutrony se zpomalují př. parafínem)
c) nejkratší dobou pobytu v prostoru kde záření působí
5. Metody detekce IZ
- IZ není vnímatelné lidskými smysly
- registruje se na základě dějů které vyvolává při absorpci ve vhodné látce
- důsledky těchto dějů se elektronicky převádějí na pozorovatelné signály
- elektronický způsob detekce vyžaduje zařízení sestávající z několika částí
- část citlivá na záření se nazývá detektor záření (energie záření se mění na elektrické či
optické signály a dále se zpracovávají ( zesílení, integrace)
- zpracované signály se přivádějí na registrační jednotku (pulsní {zobrazují se přímo
impulsy} či integrující režim {počet impulsů za čas} tzv. dozimetry ­ udávají dávkový
příkon př. Gy hod-1
- většina detektorů neměří IZ se 100% účinností, pro četnost R platí: R =  A ( ­ účinnost
< 1; A ­ aktivita v Bq)
- zařízení které rozlišuje energii záření podle výšky impulsů ­ spektrometr záření
- chyba měření vzorku je tím menší čím větší počet impulsů zaznamenáme
Detektory IZ:
Měření, detekce a registrace intenzity ionizujícího záření je proces, při kterém dochází
k částečné nebo úplné absorpci ionizujícího záření. K detekci ionizujícího záření se běžně
užívají tyto sekundární projevy absorpce:
ˇ fotografické účinky
ˇ ionizace plynů
ˇ luminiscence
ˇ schopnost zvyšovat elektrickou vodivost některých materiálů
ˇ změna struktury materiálu
Podle toho lze rozdělit detektory ionizujícího záření do pěti základních skupin:
1. fotografický film
2. ionizační komora, proporcionální detektory, Geiger-Műllerovy detektory
3. fluorescenční stínítka, scintilační detektory, termoluminiscenční detektory
4. polovodičové detektory
5. stopové detektory částic
26
IZOTOPOVÉ METODY
Detektory
Hlavní funkcí detektoru je změna energie ionizujícího záření na elektrické pulsy, které je
možno zaznamenávat. Základními typy jsou plynové detektory (proporcionální), scintilační,
polovodičové a germaniové detektory. Důležitými charakteristikami všech typů detektorů
jsou:
ˇ účinnost
ˇ linearita
ˇ energetická proporcionalita
ˇ rozlišení
Účinnost:
Výkonnost detektoru popisuje možnosti detektoru zaznamenávat různé druhy záření o
různých energiích, která na něho dopadají. Ideální je stav, kdy počet částic dopadajících na
snímač je roven počtu impulsů registrovaných detektorem.
Linearita:
Proces konverze jednotlivých částic na elektrické pulsy je extrémně rychlý - řádově
několik mikrosekund. Pokud je vysoký tok částic, může se stát, že částice přicházející do
detektoru není zaznamenána, protože detektor ještě zpracovává částici předcházející. Doba
potřebná pro registraci částice (přeměnu na elektrický puls) se označuje jako mrtvá doba
detektoru (). Část částic, které mohou být náležitě zpracovány, je popsána linearitou
detektoru. Jednotlivá částice s energií E, která vstoupí do detektoru, produkuje elektrický puls
V, takže částice, které dopadají na detektor v počtu I částic za sekundu vyvolají vznik
napěťových pulsů v počtu R pulsů za sekundu. Detektor považujeme za lineární, dokud trvá
přímá úměra mezi R a I.
Jelikož je detektor po určitou dobu  "mrtvý", bude měřené množství pulsů Rm vždy nižší
než skutečné množství pulsů Rt:
-
=
m
m
t
R1
R
R
Délka mrtvé doby je ovlivněna řadou faktorů a rozlišují se dva typy mrtvé doby:
ˇ "ochromující" mrtvá doba, která zcela zablokuje detektor tak, že přestane detekovat
ˇ "neochromující" mrtvá doba, při které dojde ke ztrátám při zaznamenávání pulsů, pokud
se zvýší tok fotonů, ale nedojde do stavu, kdy je detektor zablokován
Oba typy mrtvé doby se významně uplatňují u Si(Li) detektorů. Neochromující mrtvá doba
zpravidla nedělá potíže u scintilačních detektorů.
Průměrná mrtvá doba činí:
ˇ 200 s u Geiger-Műllerova detektoru
ˇ 0,23 s u scintilačního detektoru s krystalem NaI (Tl)
ˇ 0,027 s u scintilačního detektoru s krystalem YAP (Ce)
ˇ 0,001 s u polovodičových detektorů
27
IZOTOPOVÉ METODY
Energetická proporcionalita:
Jedná se o úměrnost signálu detektoru k energii dopadající částice. Velikost výstupního
signálu je závislá na proudu vzniklém v čítači a tento proud je závislý na počtu ionizačních
přeměn vedoucích ke vzniku pulsu. Jestliže počet ionizačních přeměn bude úměrný energii
dopadajících částic, velikost výstupního napětí bude rovněž úměrná energii dopadajících
částic. Detektor bude proporcionální, pokud je velikost výstupního napětí detektoru V úměrná
energii E dopadajících částic.
Rozlišení
Je to schopnost detektoru rozlišit částice různých energií. V proporcionálně pracujícím
detektoru způsobí částice o energii E výstupní puls o napětí V. Prakticky budou tedy částice o
stejné energii produkovat výstupní pulsy o stejném napětí
Fotografický film
Fotografická detekce ionizujícího záření je založena na tom, že ionizující záření, stejně
jako viditelné světlo, vyvolává ve fotografické emulzi (krystalky Agar v želatině) latentní
obraz, který lze zviditelnit chemickým vyvoláním. Ozářená místa emulze vykazují po
vyvolání zčernání, jehož intenzita je úměrná počtu částic, které na emulzi působily. Používají
se k detekci RTG záření, záření  a neutronů. Neutrony, které sami na fotografickou emulzi
nepůsobí, je třeba převést na detekci ionizujících částic. Například překrytím fotografické
emulze kadmiovou fólií, v níž se pomalé neutrony zachycují reakcí 113
Cd (n, ) 114
Cd a
vzniklé fotony pak způsobují zčernání emulze.
Fotografická detekce ionizujícího záření se používá v osobní dozimetrii pracovníků
s ionizujícím zářením. A v různých radiografických metodách. Osobní filmový dozimetr
obsahuje film v papírovém obalu, který je uložen v plastikové kazetě. Na vnitřních stěnách
kazety, jsou upevněny měděné a olověné proužky, které umožňují přibližně určit energii
záření tím, že různě absorbují záření dopadající na film. Dozimetr je připevněn na pracovním
oděvu a nepřetržitě registruje záření, obvykle po dobu jednoho měsíce. Po vyvolání filmu se
dávka záření určí z intenzity zčernání filmu.
28
IZOTOPOVÉ METODY
Obrázek: Osobní filmový dozimetr
Autoradiografické metody jsou významné tím, že poskytují informace o rozložení
radioaktivity ve zkoumaném objektu. To je velmi užitečné v biologických studiích, kde se
zjišťuje rozložení radioaktivních látek v živočišných orgánech, částech rostlin a buněčných
strukturách. Zkoumaný radioaktivní objekt se na určitou dobu přiloží na film, který se pak
vyvolá
Fotografická detekce ionizujícího záření se také používá v průmyslové radiografii a
v lékařské rentgenové diagnostice.
29
IZOTOPOVÉ METODY
Plynové ionizační detektory
Všechny detektory mají za základ nádobu s tenkým, málo absorbujícím vstupním
okénkem a dvěma elektrodami uvnitř. Detektor je plněn vzácnými plyny (argon, xenon). Po
určité době budou vzniklé iontové páry rekombinovat a přejdou zpět do základního stavu. V
případě, že je na elektrody vloženo určité napětí, budou elektrony přitahovány k anodě a ionty
ke katodě a sníží se tím rozdíl potenciálů. Velikost vzniklého napěťového impulsu záleží na
napětí mezi elektrodami.
Závislost počtu elektronů vzniklých v komoře působením ionizujícího záření na napětí
mezi elektrodami lze vyjádřit graficky. Je-li hodnota U menší než U1 bude část elektronů a
iontů rekombinovat ještě před zachycením na elektrodách. V oblasti napětí U1-U2 dopadnou
všechny elektrony na anodu a ionty na katodu - jejich počet závisí pouze na počtu
absorbovaných částic. V oblasti, kde je napětí mezi elektrodami vyšší než U2, budou mít
volné elektrony dostatečnou energii, aby na cestě k anodě ionizovaly další atomy plynu a
probíhá tzv. lavinová ionizace. Koeficient plynového zesílení (A) udává kolikrát více párů
dopadlo na elektrody než vzniklo účinkem ionizujícího záření.
Ionizační komora:
Ionizační komora pracuje v oblasti U1-U2 (A = 1), ionizační proud je úměrný energii
ionizujícího záření. Napětí nutné k dosažení nasyceného proudu závisí na intenzitě záření.
Citlivost komory závisí na vlnové délce a stejně tak i absorpce záření v plynu. K plnění se
používá těžkých vzácných plynů (Ar, Kr).
Proporcionální a Geiger-Műllerův detektor:
Jedná se o detektory pracující v oblasti U3-U4. Počet vzniklých párů elektron-iont je
úměrný energii ionizujícího záření. Pokud je koeficient plynového zesílení konstantní je
30
IZOTOPOVÉ METODY
elektrický napěťový impuls na výstupu úměrný absorbované energii ionizujícího záření a
detektor dovoluje rozlišit ionizující záření s různými energiemi.
Vznik lavin elektronů je v proporcionálním detektoru lokální záležitostí - vznikají v té
části, kde bylo ionizující záření pohlceno. Vyhasnutí lavin proběhne aniž by se rozšířili do
celého objemu. Plynové zesílení tohoto Geiger-Műllerova detektoru je kolem 107
.
Obrázek: Geiger-Műllerův detektor
Luminiscenční detektory
Fluorescenční stínítka:
Při ozáření některých látek ionizujícím zářením může dojít k uvolnění elektronů z
valenčního pásu a přechodu do pásu vodivostního a při zpětném přechodu může vzniknout
viditelné záření. Tento jev se pak využívá k visuelní detekci ionizujícího záření. Jako
fluoreskujících látek se používá wolframan vápenatý, křemičitan zinečnatý nebo sirník
zinečnatý. Ačkoliv existuje závislost mezi intenzitou fluorescence a intenzitou dopadajícího
svazku, používá se fluorescenčních stínítek hlavně při justaci přístrojů.
Scintilační detektory:
V scintilačních detektorech je převod ionizujícího záření na elektrický impuls
dvojstupňový proces. Prvním krokem je vznik záblesku (emise světla) na vhodném krystalu a
druhým krokem je uvolňování elektronů na fotonásobiči a jejich detekce a převod na
elektrický impuls.
Ionizující záření, dopadající na uzemněný scintilační krystal detektoru, uvolní elektron,
který při pohybu krystalem přivede do excitovaného stavu desítky atomů. Zpětný přechod do
základního stavu je doprovázen emisí světla, jehož vlnová délka nemusí nutně ležet ve
viditelné oblasti, ale musí být vhodná k uvolňování elektronů z fotokatody.
31
IZOTOPOVÉ METODY
Scintilačním krystalem emitovaný foton dopadne na světlocitlivou katodu a uvolní z ní
určitý počet (n) fotoelektronů. Tyto dopadají na nejbližší dynodu (parabolická elektroda) a
každý z nich vyprodukuje jistý počet R sekundárních elektronů. Na druhou dynodu dopadá již
nR elektronů, na třetí nR2
elektronů atd. Při počtu dynod m vzroste počet primárních
elektronů na nRm
, kde Rm
je koeficient zesílení fotonásobiče. Mezi jednotlivými dynodami je
održováno napětí 100-200 V a na výstupu z fotonásobiče je impuls napětí přímo úměrný
energii absorbovaného ionizujícího záření. V běžných detektorech je počet dynod 8-15, a
koeficient zesílení je 107
-108
.
Obrázek: Fotonásobič
Jako scintilačního krystalu se nejčastěji používá krystal NaI aktivovaný 1% Tl. Thalium
vytváří v pásové struktuře krtystalu hladinu nečistot, tzv. fluorescenční centra. Pro
nízkoenergetická RTG záření (3-20 keV) není tento krystal vhodný a alternativně se používají
monokrystaly YAlO3 aktivované Ce (YAP:Ce). Tento krystal může být v tenčí destičce a je
mnohem stabilnější. Podstatný je i rozdíl v délce scintilačních záblesků - u NaI je to 230 ns, u
YAP je to pouze 27 ns. Maximální intenzita fluorescenčního pásu NaI je na vlnové délce 410
nm, u krystalu YAP 350 nm. Fotokatoda v scintilačních detektorech je zpravidla antimon-
cesiová.
32
IZOTOPOVÉ METODY
Obrázek: Scintilační krystal z NaI dotovaný thaliem
Polovodičové detektory
V těchto detektorech je jednostupňová detekce ionizujícího záření prováděna pevnou
látkou, ve které dokáže dopadající kvantum generovat dvojici nábojů a ty jsou schopny
rychlého pohybu k elektrodám, kde vyvolají elektrický impuls. Tato pevná látka je umístěna
mezi dvěma elektrodami pod vysokým napětím. Je to vlastně typ ionizační komory, která je
místo plynem vyplněna krystalem. Použitý krystal musí mít v zásadě tyto vlastnosti:
ˇ vysoký odpor, který zajišťuje sběr nábojů polem vysokého napětí a snižuje šum ze
zbytkových proudů
ˇ dovoluje prodloužit dobu životnosti vzniklých nábojů
ˇ umožňuje vysokou pohyblivost nábojů
ˇ má malou šířku zakázané zóny (předpoklad dobrého energetického rozlišení)
ˇ velkou absorpční schopnost
Těmto podmínkám vyhovují polovodičové materiály jako křemík a germanium. Tyto
materiály jsou zpravidla driftované lithiem, které napomáhá k záchytu dopadajících fotonů.
Jejich stabilitu je však nutno zajistit teplotami kapalného dusíku.
Si(Li) detektor je tvořen monokrystalem p-typu křemíku tloušťky několik mm, který je
pod napětím 300-1000 V. Vysoká koncentrace Li atomů na jeho okrajích tvoří oblast n-typu,
kdy z jedné strany je kontakt zlatý a z druhé strany je tzv. Schootkyho bariéra (p-i-n dioda).
Při vstupu fotonu dojde ke vzniku mraku elektronových párů, jejichž počet je přímo úměrný
energii dopadajícího kvanta. Elektrony jsou pak směrovány ven z krystalu díky rozdílu
potenciálů na čítací obvod. Na rozdíl od jiných typů detektorů, neexistuje zde žádné vnitřní
zesílení, takže výstupní signál je velmi slabý.
Výhodou těchto detektorů je možnost připojení na vícekanálový analyzér, vysoká účinnost
ve sběru pulsů a velké úhly při sběru dat. Nevýhodou je dlouhá mrtvá doba.
33
IZOTOPOVÉ METODY
Si(Li) krystaly pracují spolehlivě v oblasti asi 2-20 keV. V krátkovlnné oblasti však ztrácejí
na účinnosti a jsou nahrazovány krystaly Ge(Li). Podmínkou je užití vysoce čistého germania,
v opačném případě se radikálně zvyšuje mobilita Li.
Problém chlazení kapalným dusíkem lze odstranit při použití teluridu kadmia, který je
schopen pracovat při pokojové teplotě, ale jeho nevýhodou je poměrně vysoký šum.
Obrázek: Germaniové jádro Ge(Li) detektoru
Stopové detektory částic
Jsou látky v nichž těžká jádra či  záření vyvolávají mikroskopické poruchy v jejich
struktuře. Nejčastěji se používá slída, různá skla, či organické polymery. Poruchy vznikají
tím, že procházející částice vytvářejí podél své dráhy v pevné látce vysoce ionizované atomy.
Tyto ionty se silně odpuzují a vzájemně vytlačují z původních poloh., čímž vzniká
mikroskopická oblast s porušenou strukturou, tzv. radiační stopa (válcový kanálek o průměru
1 ­ 10 nm). Lze je zviditelnit chemickým leptáním, protože v místech poruch je ozářená látka
náchylnější k chemické korozi. Počet stop je přímo úměrný počtu částic, které dopadly na
detektor.
Stopové detektory se používají v dozimetrii  záření, zejména k měření dávek záření
způsobených radonem a jeho dceřinými produkty. Lze je použít i k dozimetrii neutronů. Pro
tento případ se dozimetr překrývá fólií z uranu mírně obohaceného izotopem 235
U, který se
neutrony štěpí a štěpné fragmenty vyražené z fólie pak vyvolávají poruchy v detektoru.
Pokryje-li se detektor vrstvou boru, lze neutrony registrovat prostřednictvím  částic
vznikajících reakcí 10
B (n, ) 7
Li.
Stopové detektory se používají také k registraci těžkých iontů v kosmickém záření a
k měření dávek, kterým jsou vystaveny posádky kosmických letů.
34
IZOTOPOVÉ METODY
6. Biologické účinky IZ
Základní pojmy:
Dávka D: D = dE/dm [Gy]
Dávkový příkon D& : D& = D/t [Gy/s]
Ekvivalentní dávka HT: HT = wR * DTR [Sv]
Druh záření wR
fotony a elektrony všech energií 1
neutrony 10 keV 5
neutrony 10 ­ 100 keV 10
neutrony 0,1 ­ 2 MeV 20
neutrony 2 ­ 20 MeV 10
záření  20
Efektivní dávka Hf: Hf = w T * HT [Sv]
Tkáň, orgán wT
gonády 0,20
červená kostní dřeň 0,12
tlusté střevo 0,12
plíce 0,12
žaludek 0,12
močový měchýř 0,05
mléčná žláza 0,05
játra 0,05
jícen 0,05
štítná žláza 0,05
kůže 0,01
povrchy kostí 0,01
Účinky IZ se projevují ve větší či menší míře u všech živých organismů. Závažnost účinků
závisí na dávce a druhu organismů.
Přímé účinky: změna biologicky důležité makromolekuly (nukleových kyselin) přímým
zásahem částicí IZ či sekundárními částicemi
Nepřímé účinky: souvisí s radiolýzo vody (změny způsobené radikály, peroxidem vodíku a
hydratovaným elektronem (vysušené enzymy vykazují menší poškození než roztoky enzymů)
Radiolýza vody: H2O+
+ H2O  OH + H+
aq
e-
+ nH2O  e-
aq
e-
aq  H + OH-
+ (n-1)H2O
35
IZOTOPOVÉ METODY
H2O  H + OH
H + H  H2
OH + OH  H2O2
e-
aq + OH  OH-
HO2 + HO2 H2O2 + O2
Kyslíkový efekt: O2 + H  HO2
O2 + e-
aq  O2
-
Poškození na buněčné úrovni:
- změny ve struktuře a biosyntéze DNA
- chybná syntéza enzymů
- chybně syntetizované bílkoviny (chovají se cize a jsou toxické)
- změny v propustnosti buněčných membrán
- časem poruchy dělení, smrt buňky
Větší rozmnožovací schopnosti, malá diferencovanost = výraznější poškození
36
IZOTOPOVÉ METODY
Účinky IZ na lidský organismus
Nestochastické:
37
IZOTOPOVÉ METODY
- projeví se po ozáření IZ během krátké doby
- je postiženo současně mnoho buněk
- nemohou se uplatnit všechny opravné procesy
- prahová dávka vyvolá poškození u 1 ­ 5% osob
Obr. 1
a) akutní nemoc z ozáření:
- jednorázové ozáření celého těla vysokými dávkami
- poškození krvetvorných orgánů, trávícího ústrojí a CNS
- ekvivalentní dávka 2 Sv
- projevuje se ve 3 fázích:
1) Nevolnost, skleslost, bolesti hlavy, zvracení, změny krevního obrazu
2) Období latence ­ přechodné ustoupení příznaků, je tím kratší čím větší byla
absorbovaná dávka
3) Intenzivní rozvinutí počátečních příznaků + padání vlasů, vnitřní krvácení, silná
vnímavost vůči infekcím
- při ozáření ekvivalentní dávkou 6 Sv převládá hematologická forma choroby (poškození
krevní dřeně, krvetvorby, krvavé průjmy, poruchy funkce střev)
- ozáření ekvivalentní dávkou 50 Sv: psychická dezorientace, zmatenost, křeče, bezvědomí,
smrt během hodin až dnů v důsledku oběhového kolapsu, zástavy dýchání a poruch
mozku
- pravděpodobnost úmrtí: 6 Sv 80%, 10 Sv 100%
- zlepšování stavu po 6 ­ 8 týdnech, uzdravení
- dlouhodobé následky (poruchy krvetvorby, poruchy funkce pohlavních orgánů,
neplodnost, zvýšená vnímavost k infekcím a nádorovým onemocněním, trvalá slabost a
únava)
b) lokální akutní poškození kůže:
- radiační dermatitida (zarudnutí až špatně hojitelné vředy)
- prahová dávka 3 Sv (výrazně se zvyšuje frakcionací dávky)
38
IZOTOPOVÉ METODY
c) poškození plodu:
- plod je nejcitlivější mezi 3. ­ 8. týdnem
- mikrocefalie (špatně vyvinutý mozek), oční defekty, rozštěp patra, celkové zaostávání
(mentální retardace, zakrslost)
- prahová dávka 0,05 Sv
d) poruchy plodnosti:
- přechodná aspermie (porucha v tvorbě spermií)
- prahová dávka 0,1-1 Sv, od 3Sv trvalá aspermie
- u žen dávka do 1,5 Sv bez odezvy, sterilita od cca 3 Sv
e) zákal oční čočky:
- dlouhá doba latence
- prahová dávka cca 1,5 Sv (výrazně závisí na frakcionaci dávky)
Stochastické:
- poškození malého počtu buněk (i jediné)
- projeví se po ozáření jednou či více podprahovými dávkami
- vznik nádorových onemocnění (l.d. 10 ­ 40 let), leukémie (l.d. 5 ­ 20 let), genetické
poškození další generace
- projeví se ve skupině náhodně
- pravděpodobnost vzniku poškození je tím menší, čím menší dávkou byla skupina ozářena
- rostoucí dávka záření ovlivňuje pouze pravděpodobnost vzniku poškození a nikoliv jeho
závažnost
- lze odhalit jen sledováním velkého počtu osob
- 6400 osob v Hirošimě ozářeno ekvivalentní dávkou 1,2 Sv, za 25 let 11 případů leukémie
navíc nad přirozený výskyt ve stejně velké neozářené skupině
Díky opravným mechanismům je vznik poškození při malých dávkách velmi málo
pravděpodobný, přesto dosud převládá tzv. konzervativní přístup:
- stochastické účinky ­ mutace jediné buňky
- závislost na dávce podprahová
- předpokládá sčítání dávek, ignoruje opravné procesy
Moderní přístup:
- buňka může poškození DNA opravit
- při ozáření dávkami pod 0,2 Gy nelze prokázat škodlivé účinky (kromě ranného vývoje
plodu)
- u lidí ozářených při bombardování atomovými bombami dávkami menšími než 0,2 Gy
zjištěna nižší úmrtnost na rakovinu a nebyl pozorován vyšší výskyt leukémie
- britští radiologové s celoživotní dávkou 1-5 Gy, radiologitští pracovníci 0,5 Gy: žádný
výskyt rakoviny navíc
- 28 000 pracovníků britských loděnic ozářeno dávkou 0,005 mSv: úmrtnost o 24% nižší
39
IZOTOPOVÉ METODY
- kanadské ženy vyšetřované pomocí RTG na tuberkulózu, dávky 0,15 ­ 0,25 Gy: nižší
úmrtnost na rakovinu
- Coloradská plošina, přirozené dávky záření 3x vyšší než USA průměr: úmrtnost na
rakovinu o 15% menší
Ochranný efekt:
- leukocyty ozářeny nejprve dávkou 0,02 Gy a pak 0,15 Gy ­ poloviční výskyt
chromozových aberací než po samostatné dávce 0,15 Gy
Hormeze ­ stimulující účinky malých dávek IZ
- vyšší metabolická aktivita bakterií
- urychlení klíčení semen, vycházení, odnožování, růst, dřívější květenství, dozrávání
- prodloužení života myší (celoživotně ozařovány 8h denně 1mGy)
- u lidí: léčivé účinky radioaktivních koupelí (Jáchymov)
- léčí se především: revmatismus, degenerativní změny obratlů, inf. onemocnění nervového
systému, poruchy vylučování k. močové, poruchy při vylučování žluči játry apod.
Léčení pomocí IZ:
Teleterapie ­ dálkové ozařování především 60
Co (5*1013
­ 1015
Bq)
Kontaktní terapie ­ - zářič na povrchu těla (32
P či 90
Sr)
Brachyterapie ­ tělesnými dutinami se zářič zavede k nádoru
Endoterapie ­ vpravení radionuklidového zářiče do postižené tkáně metabolickým procesem
(štítná žláza Na131
I apod.)
Radioimunoterapie ­ RN je vázán na protilátku, selektivně se váže na spec. antigeny a
receptory v nádorových buňkách
Velikost dávek ­ cca 60 Gy (frakcionace po 2 Gy)
Nevýhoda  ozařování ­ ozařuje se i zdravá tkáň (různé směry ozařování)
Současné trendy:
- ozařování urychlenými protony (vysoký lin. přenos energie na konci dráhy, 180 MeV
dosah 15cm), v Japonsku 12
C6+
- ozařování svazkem záporných pionů (nestabilní částice (doba života 2,6.10-8
s), vznikají
při ozařování terče protony o E > 500 MeV), po zpomalení dojde k zachycení v jádře a
uvolnění 140 MeV = roztříštění jádra
- bórová terapie 10
B(n, )7
Li
Účinky IZ na hmyz:
- 100x odolnější než obratlovci, smrtelné dávky 103
­ 104
Gy
- nižšími dávkami lze hmyz sterilizovat
- radiační hubení hmyzu: potemník v obilí, při 100 Gy dochází ke sterilizaci samečka ale
k přímému usmrcení je třeba 5000 Gy
- ochrana starých dřevěných uměleckých předmětů (výhoda proti chemické sterilizaci)
- hubení hmyzu ve volné přírodě: vypouštění sterilizovaných samečků (nezanáší se do
přírody insekticidy)
Účinky IZ na mikroorganismy:
40
IZOTOPOVÉ METODY
- jsou velmi odolné, smrtelné dávky 103
­ 104
Gy
- radiační sterilizace: obvazový materiál, chirurgické potřeby, injekční stříkačky, jehly,
umělé srdeční chlopně, apod)
- radiační ozáření potravin: dávka 30 ­ 70 kGy, potraviny jsou vakuované a zmrazené
(masné výrobky) ­ potlačení vzniku zapáchajících produktů radiolýzy
- jednotlivé země povolují ozařování různých druhů potravin
- nepovoluje se ozařovat čerstvé maso, ovoce a zeleninu
Účinky IZ na rostliny:
- pozorovaný účinek závisí na objemu chromozomů (objem jádra připadajícím na jeden
chromozom), na rychlosti růstu rostliny, na frakcionaci dávky záření
- jednorázové ozáření: odolnější pomaleji rostoucí rostliny
- chronické ozařování: odolnější rychleji rostoucí rostliny
- jehličnaté dřeviny: zpomalení růstu při 0,01 ­ 0,1 Gy/den
- ostatní rostliny: zpomalení růstu při 1-100 Gy/den
- radiační šlechtění: ozáření semen 100 ­ 1000 Gy, vznik mutací, část užitečných (odrůda
obilí s většími výnosy a odolnější vůči chorobám apod.)
LD50 v Gy pro RTG a  záření:
Ostatní účinky IZ:
- odstraňování statické elektřiny (ionizace vzduchu  zářením 210
Po či 241
Am)
- ionizační hlásiče kouře (241
Am o malé aktivitě + ionizační detektor záření, kouř mění
ionizační proud)
- radionuklidové baterie využívají tepelných účinků IZ (absorpce  a  záření v látce),
tepelnou energii převádí na elektrickou (238
PuO2 v kardiostimulátorech (g) či družicích
(kg), poločas 86 let, použití asi 20 let, nevzniká : 238
Pu  234
U + )
- radionuklidové světelné zdroje jsou založeny na emisi viditelného světla při absorpci IZ
v některých látkách (kdysi 226Ra a ZnS), dnes  zářiče 3
H, 85
Kr, 147
Pm, signalizační
lampy, číselníky hodinek a měřící přístroje apod.
- barvení skel: ozařování dávkami 1 kGy, vytvářejí se poruchy absorbující viditelné světlo,
trvanlivost desítky let (měření dávek), zkracuje se za vyšších teplot
41