You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Fyzika Atomového Jádra<br />
S t a v b a a t o m o v é h o j á d r a<br />
A<br />
nukleonové<br />
íslo<br />
Z<br />
protonové<br />
íslo<br />
X<br />
Prvek: <strong>atom</strong>y, jež mají stejné Z<br />
Nuklid: <strong>atom</strong>y, jež mají stejné Z i stejné A<br />
Radionuklid: nuklid, jehož jádra podléhají<br />
radioaktivní p em n<br />
Izotopy: <strong>atom</strong>y, mající stejné Z ale r zné<br />
A (nap . izotopy kyslíku 16 8 O, 15 8 O, 17 8 O)<br />
Izobary: <strong>atom</strong>y, mající stejné A, ale r zné Z<br />
(nap . 30 14 Si, 30 15 P, 30 16 S)<br />
Izotony: <strong>atom</strong>y, mající stejný po et neutron ,<br />
ale r zné Z i A (nap . 30 14 Si, 32 16 S)<br />
Izomery: nuklidy, mající odlišný energetický stav<br />
jader (nap . *Rn ( m Rn), *Tc ( m Tc))
10 -10 m<br />
<strong>atom</strong><br />
10 -15 – 10 -14 m<br />
u = 1,66.10 -27 kg; e = 1,602.10 -19 C<br />
Atomové jádro:<br />
Základní vlastnosti ástic <strong>atom</strong>ového jádra:<br />
- je centrální ást <strong>atom</strong>u, r = 10 -15 – 10 -14 m<br />
-má kladný elektrický náboj<br />
- hmotnost jádra m j ~ 10 3 x m o<br />
- je složeno z proton , neutron , poutaných v<br />
jád e navzájem jadernými silami<br />
- p a n považujeme za kvantové stavy jedné<br />
elementární ástice – nukleonu<br />
- chemicky je jádro ned litelné, lze je d lit<br />
pouze jadernými procesy<br />
-klidová hmotnost m p = 1,00728 u m n = 1,00866 u<br />
-elektrický náboj protonu +e neutronu 0<br />
- uhrnná energie E= m.c 2 = c. p 2 -m 0 2 .c 2<br />
H m o t n o s t j á d r a<br />
- hmotnost jádra m J je menší než sou et hmotností proton a neutron<br />
m J
Závislost vazebné energie jader w B na nukleonovém ísle A<br />
Každá Mikro ástice<br />
(e-, p, n, ...)<br />
orbitální moment hybnosti vnit ní (spinový) moment hybnosti<br />
mechanický l magnetický l<br />
celkový moment hybnosti j<br />
spin s magnetický s<br />
celkový magnetický moment hybnosti<br />
Každý moment hybnosti je pln ur en dv ma hodnotami:<br />
Jedna z nich p edstavuje délku vektoru momentu hybnosti<br />
Druhá pak jeho velikost v ur itém sm ru (nej ast ji jeho z-tovou složku)<br />
m s .<br />
s<br />
s.(s+1).
Jednotlivé momenty hybnosti elektronu v <strong>atom</strong>u:<br />
orbitální mechanický moment hybnosti l<br />
z-tová složka l z = .<br />
je magnetické kvantové íslo a ur uje orientaci orbital v prostoru (nabývá<br />
hodnot 0, ±1, ± 2, ... ± ). Tato složka je však rozlišitelná jen v p ítomnosti vn jšího<br />
magnetického pole!<br />
orbitální magnetický moment hybnosti l = - B .l<br />
B = e /2me je Bohr v magneton<br />
velikost |l | = .( +1).<br />
je vedlejší kvantové íslo a udává tvar orbital (nabývá hodnot celých<br />
nezáporných ísel až po ( -1), kde n je hlavní kvantové íslo, které ur uje energii<br />
elektronu)<br />
= 0<br />
= 1<br />
= 2<br />
s<br />
p<br />
d<br />
spin s<br />
velikost | s | = .( +1).<br />
je spinové kvantové íslo<br />
z-tová složka s z = .<br />
velikost | l | = B<br />
vnit ní magnetický moment hybnosti s<br />
velikost | s | = 2 B<br />
. .( +1)<br />
Tato složka ve vn jším magnetickém poli m že nabývat pouze 2 hodnot ±½ .<br />
( = ±½).<br />
. .( +1)<br />
= /2π ...Diracova konstanta; = 6,625.10 -34 J.s … Planckova konstanta
spin s<br />
Vnit ní (spinový) moment hybnosti protonu & neutronu<br />
velikost | s | = .( +1).<br />
je spinové kvantové íslo<br />
z-tová složka s z = .<br />
Tato složka ve vn jším magnetickém poli m že nabývat pouze 2 hodnot ±½ .<br />
( = ±½).<br />
vnit ní magnetický moment hybnosti protonu s = 5,5856. N .s<br />
N = e /2mp je jaderný magneton<br />
Anomální vnit ní magnetický moment nukleonu<br />
(m l by být roven u protonu N a u neutronu 0)<br />
velikost | s | = 2,7928. N<br />
neutronu s = - 3,8261. N .s<br />
velikost | s | = 1,913. N<br />
je zp soben tím, že po jistou dobu je nukleon ve virtuáln disociovaném stavu<br />
(neustále dochází k p emís ováním mezon π)<br />
mezon π +<br />
mezon π -<br />
mezon π 0<br />
p n + π + n p + π -<br />
p p + π 0 n n + π 0<br />
hmotnost (m e )<br />
273,2<br />
273,2<br />
264,2<br />
el. náboj<br />
+1<br />
-1<br />
0<br />
spin<br />
0<br />
0<br />
0<br />
st . doba života (s)<br />
2,6 .10 -8<br />
2,6 .10 -8<br />
0,9 .10 -11
Momenty hybnosti <strong>atom</strong>ového jádra<br />
celkový moment hybnosti jádra, asto nep esn ozna en jako spin jádra J<br />
- sou et orbitálních moment hybnosti proton a neutron s jejich spiny<br />
- lze stanovit pouze experimentáln<br />
- je kvantován (jednotkou kvantování je ), jeho velikost je J. , kde J je<br />
jaderné spinové íslo, které m že nabývat hodnot 0, 1/2, 1, 3/2, …9/2.<br />
- jádra sudo-sudá mají nulový spin<br />
- jádra licho-sudá a sudo-lichá mají polovinový spin<br />
- jádra licho-lichá mají v tšinou nulový spin až na 2 H, 6 Li, 10 B, 14 N<br />
- jádro ve vzbuzeném stavu má obecn odlišný spin než ve stavu základním<br />
celkový magnetický moment hybnosti jádra J<br />
- závisí na spinových magnetických momentech jednotlivých nukleon a na<br />
orbitálním pohybu proton v jádru<br />
- vyjad uje se v jaderných magnetonech N<br />
- jeho velikost lze stanovit op t pouze experimentáln<br />
Jádro<br />
1 H<br />
2 H<br />
3 He<br />
4 He<br />
Jaderný spin J<br />
( )<br />
1/2<br />
1<br />
1/2<br />
0<br />
Magnetický moment jádra J<br />
( N )<br />
2,7928<br />
0,8575<br />
-2,1274<br />
0
kvadrupólový moment jádra q<br />
- jedná se o elektrický moment, je zap í in n tím, že u mnoha jader existují<br />
odchylky od sférického rozložení kladného elektrického náboje<br />
doutníkový<br />
tvar jader<br />
Modely <strong>atom</strong>ového jádra<br />
a) Kapkový model jádra <strong>atom</strong>u<br />
q = 0,4.Z.(a 2 -b 2 )<br />
- jádro ve form kapky nestla itelné „jaderné kapaliny“<br />
diskový<br />
tvar jader<br />
- tato kapka se skládá z jednotlivých kapi ek, p edstavovaných nukleony<br />
- stejn jako u kapaliny je hustota jádra nezávislá na polom ru jádra<br />
(kapky) ρ = m J /V ….1,8 .10 17 kg/m 3<br />
- polom r jádra je p ímo úm rný t etí odmocnin z po tu nukleon<br />
(kapi ek) R = 1,3.10 -15 . A 1/3<br />
- povrchové nap tí „jaderné kapaliny“ σ J = 10 20 .σ H2O<br />
b) Slupkový model jádra <strong>atom</strong>u<br />
- nukleony zaujímají v jád e ur ité konfigurace, podobn jako elektrony<br />
v <strong>atom</strong>ovém obalu, p itom existují vlastní slupky pro protony a neutrony<br />
- každý stav nukleonu lze pak charakterizovat pomocí kvantových ísel<br />
n, l, s
J a d e r n é p e m n y<br />
-probíhají bu samovoln , nebo pod vn jším vlivem jiných jaderných proces<br />
-p i jaderné p em n vzniká nové jádro, nebo n kolik jader<br />
-p i jaderné p em n vzniká krom nového jádra zá ení korpuskulární nebo<br />
elektromagnetické<br />
-formální podmínkou jaderné p em ny je rovnost sou t protonových a<br />
nukleonových ísel n ástic do reakce vstupujících a m ástic v rekci vzniklých<br />
P .:<br />
n m<br />
Σ Ai = Σ Ai 7N 14 + X 9Fe 18 Y + 1H 1<br />
n m<br />
Σ Zi = Σ Zi X = 2He 4 , Y = 8O 17<br />
Podle po tu interagujících ástic jsou jaderné p em ny: mononukleární<br />
M o n o n u k l e á r n í p e m n y<br />
binukleární<br />
multinukleární<br />
- do reakce vstupuje pouze jedno jádro, které se samovoln p em ní na<br />
jádro nové a na ionizující zá ení<br />
A<br />
Z<br />
a) p em na alfa<br />
A<br />
Z<br />
A-A’<br />
Z-Z’<br />
A’<br />
Z’<br />
X -> X’ + Y<br />
nov vzniklé<br />
jádro<br />
A-4<br />
Z-2<br />
ionizující<br />
zá ení<br />
4<br />
2<br />
X -> X’ + α<br />
nový prvek má protonové íslo o dv menší než prvek výchozí<br />
energie ástic α emitovaných p irozen radioaktivními jádry dosahuje<br />
max. 10 MeV (1 eV = 1,602.10 -19 J)
P .:<br />
*Rn<br />
hν = 0,19 MeV<br />
222<br />
86<br />
Rn<br />
226<br />
88<br />
222<br />
86<br />
4<br />
2<br />
Ra -> Rn + α<br />
226<br />
88<br />
α 1<br />
Ra<br />
α 2<br />
Pozn. ástice α vyletují z jader téhož prvku vždy se stejnou energií<br />
b) p em na beta – (emise elektron )<br />
A<br />
Z<br />
A<br />
0 ~<br />
X -> X’ + e + νe Z+1<br />
v jád e dochází k p em n neutronu na proton za sou asné emise elektronu<br />
a antineutrina n -> p + e - + ν - e<br />
náboj nov vzniklého jádra vzroste o +1<br />
etnost N (s -1 )<br />
227<br />
227<br />
0 ~<br />
P .: Ac -> Th + e + νe 89<br />
1/3 E max<br />
90<br />
E β<br />
-1<br />
energie zá ení β má na rozdíl od zá ení α<br />
nejr zn jší velikosti energie, což je<br />
zp sobeno tím, že sou asn emitované<br />
antineutrino p ebírá ást energie<br />
-1
c) p em na beta + (emise pozitronu)<br />
A<br />
Z<br />
A<br />
Z-1<br />
0<br />
+1<br />
X -> X’ + e + ν e<br />
v jád e dochází k p em n protonu na neutron za sou asné emise pozitronu<br />
a neutrina z jádra p -> n + e + + ν e<br />
náboj nov vzniklého jádra bude o 1 náboj menší<br />
pozitron takto vzniklý obvykle velmi rychle reaguje s okloním elektronem<br />
(anihilují za vzniku 2 kvant zá ení gama)<br />
38<br />
19<br />
38<br />
18<br />
0<br />
+1<br />
P .: K -> Ar + e + ν e<br />
c´) elektronový záchyt (záchyt K)<br />
A 0<br />
A<br />
Z X + -1 eK -> Z-1 X’ + νe jádro zachytí elektron z vlastní elektronové slupky (v tšinou z K) a dojde k<br />
p em n protonu na neutron p + e- -> n + νe d) p em na gama (emise fotonu)<br />
A<br />
Z<br />
A<br />
Z<br />
0<br />
0<br />
X* -> X’ + γ<br />
zá ení gama jsou fotony s velkou energií, jsou emitovány jádry, která mají<br />
vyšší energetický obsah, než p íslušná jádra v základnímu stavu
P em na radioaktivních prvk v ase<br />
- se ídí p em novým zákonem a je popisována: aktivitou A<br />
Aktivita radioaktivního prvku:<br />
A = - dn<br />
dt<br />
Bq=s -1<br />
polo asem rozpadu T<br />
st ední dobou života τ<br />
dn .... po et <strong>atom</strong> p em n ných za dobu dt<br />
-p em na <strong>atom</strong>ového jádra je d j náhodný, nezávisí na vn jších<br />
podmínkách<br />
-pokud vzorek obsahuje n o radioaktivních jader, pak za dobu t jejich<br />
po et klesne na hodnotu n<br />
n = n o .e -λt λ …. p em nová (rozpadová) konstanta<br />
Polo asem rozpadu T:<br />
-je doba, za kterou se p em ní práv polovina všech radioaktivních jader<br />
(tj. n = ½ n o )<br />
½ n o = n o .e -λT<br />
n<br />
n o<br />
½ no ½e no 0<br />
T<br />
τ<br />
T =<br />
ln 2<br />
λ<br />
t
St ední dobou života τ :<br />
-je doba, za kterou se p em ní práv 1/e všech radioaktivních jader<br />
τ = 1/λ<br />
R a d i o a k t i v n í a d y<br />
-u t žších prvk dochází k p em n jednoho radioaktivního prvku v<br />
druhý, který je rovn ž radioaktivní, a ten op t dává vznik dalšímu atd. –<br />
tím se vytvá í radioaktivní ada<br />
-jsou pojmenovány podle výchozího prvku<br />
-kon í stabilním izotopem olova<br />
-prvek výchozí se nazývá prvkem mate ským, jeho produkt pak prvkem<br />
dce iným<br />
4 nejd lležit jší ady:<br />
k=0<br />
k=1<br />
k=2<br />
k=3<br />
thoriová<br />
neptuniová (mate ským prvkem je um le získané neptunium)<br />
urano-radiová<br />
aktiniová<br />
nukleonové íslo jednotlivých len lze popsat vzorcem: A = 4n+k<br />
kde p irozené íslo n se p i rozpadu α m ní o jedni ku (rozpad β se<br />
neuvažuje), íslo k charakterizuje jednotlivou adu
Urano-radiová ada: A = 4n+2<br />
A = 4*58+2<br />
A = 4*57+2<br />
Thoriová ada: A = 4n<br />
Neptuniová ada: A = 4n+1<br />
Aktiniová ada: A = 4n+3
B i n u k l e á r n í p e m n y<br />
p i binukleární p em n je ter ové jádro <strong>atom</strong>u bombardováno<br />
ásticemi o dostate n velké energii<br />
A1 Z1 A2 Z2 A1 ’<br />
Z1 ’<br />
A2 ’<br />
Z2 ’<br />
X + x -> X’ + y<br />
x ... ozna uje bombardující ástici<br />
y ... ástici, která se z p vodního jádra uvolnila<br />
X’ … nov vzniklé jádro<br />
výsledkem binukleární reakce m že být:<br />
transmutace (jednoduchá p em na)<br />
vzniká jádro, jehož protonové íslo se jen velmi málo liší od protonového<br />
ísla jádra p vodního<br />
14 4 18 17 1<br />
N + α -> Fe -> O + p<br />
7 2<br />
9<br />
8 1<br />
u n kterých jader s vysokým protonovým íslem (nap . 235 U) se po<br />
bombardování pomalými neutrony rozpadne p vodní jádro na dv<br />
st edn t žká jádra a n kolik neutron<br />
p i št pení dochází k uvoln ní energie<br />
nap . p i št pení jádra s A=236 na dv jádra s A=139 a s A=94<br />
235<br />
92<br />
1<br />
0<br />
236<br />
92<br />
št pení<br />
139<br />
56<br />
Q=(139*8,8+94*8,0)-(236*7,5)<br />
Q=200 MeV<br />
94<br />
36<br />
U + n -> U -> Ba + Kr + 3 n<br />
1<br />
0
pokud mezi produkty št pení jsou ástice stejného druhu jako ástice,<br />
která št pení vyvolala, pak m že dojít k et zové reakci<br />
? pro p i ozá ení p írodního uranového vzorku nevzniká et zová reakce<br />
1. neutrony uvoln né p i št pení mají velkou energii (~2 MeV) a snadno<br />
unikají ze vzorku<br />
2. ve vzorku p írodního uranu zna n p evažují <strong>atom</strong>y izotopu 238 U (99,3<br />
%), které neutrony s velkou pravd podobností zachytí<br />
ešení:<br />
- zpomalit neutrony (v jaderných reaktorech se používá tzv. moderátor<br />
látek lehkých prvk 1 H, 2 H, 12 C na kterých dochází k pružným rozptyl m<br />
neutron a tedy ke ztrát jejich energie)<br />
- obohatit vzorek o 235 U<br />
probíhá u n kterých lehkých jader s A
Zdroje ionizujícího zá ení<br />
P írodní:<br />
- p irozená radioaktivita radionuklid , které jsou obsaženy ve vod ,<br />
v horninách a v atmosfé e<br />
- kosmické zá ení, tvo ené p evážn protony (87%), α (12%), t žší jádra (1%),<br />
elektrony a fotony<br />
Um lé:<br />
- rentgenka<br />
- urychlova e (lineární urychlova , betatron, cyklotron)<br />
- radioaktivní p em ny (nap . výroba radioizotop aktivací neutrony v<br />
<strong>atom</strong>ovém reaktoru, nebo radioizotop s krátkým polo asem rozpadu v<br />
generátorech ( 99 Mo -> 99m Tc))<br />
Radioizotop<br />
Uhlík 14 C<br />
Sodík 24 Na<br />
Fosfor 32 P<br />
Síra 35 S<br />
Chrom 51 Cr<br />
Železo 59 Fe<br />
Kobalt 60 Co<br />
Cesium 137 Cs<br />
P ehled vlastností nej ast ji užívaných radioizotop<br />
Fyzikalní<br />
polo as<br />
5000 l<br />
15 h<br />
15 d<br />
87 d<br />
26 d<br />
46 d<br />
5 l<br />
33 l<br />
Efektivní<br />
polo as<br />
35 d<br />
15 h<br />
14 d<br />
18 d<br />
Druh zá ení<br />
(E st v MeV)<br />
e - (0.05)<br />
e - (0,54)<br />
γ (2,8 a 1,4)<br />
e - (0,68)<br />
e - (0.05)<br />
e - (0,05)<br />
γ (0,3 a 0,2)<br />
e - (0,10)<br />
γ (1,1 a 1,3)<br />
e - (0,09)<br />
γ (1,2 a 1,3)<br />
e - (0,2 a 0,4)<br />
γ (0,7)<br />
Kritický<br />
orgán<br />
tuk<br />
celé t lo<br />
kosti<br />
k že<br />
ledviny<br />
krev<br />
játra<br />
Použití<br />
pro zna kování r zných org.<br />
látek (cukry, AMK) ke zjišt ní<br />
jejich distribuce v organismu<br />
nej ast ji ve form NaCl ke<br />
sledování metabolismu Na + iontu<br />
pro zna kování (NK)<br />
pro zna kování (AMK,<br />
antibiotika)<br />
váže se pevn na erythrocyty,<br />
možno sledovat jejich osud<br />
k vyšet ení krvetvorby<br />
(vychytávání Fe vázaného na<br />
siderofilin z plazmy kostní d ení)<br />
užíván jako vn jší zá i k terapii<br />
(kobaltová bomba, ve form<br />
jehel, drátk , o ních aplikátor )<br />
užíván jako vn jší zá i k terapii<br />
(cesiová bomba)
Radioizotop<br />
Jod 123 I<br />
Jod 125 I<br />
Jod 131 I<br />
Technetium 99m Tc<br />
P ehled vlastností nej ast ji užívaných radioizotop<br />
Fyzikalní<br />
polo as<br />
12 h<br />
58 d<br />
8 d<br />
6 h<br />
Druh zá ení<br />
(E st v MeV)<br />
e - (0,5)<br />
γ (0,7)<br />
e - (0,04)<br />
γ (0,03)<br />
e - (0,2)<br />
γ (0,4)<br />
γ (0,14)<br />
Kritický<br />
orgán<br />
štítná<br />
žláza<br />
celé t lo<br />
Použití<br />
k vyšet ení štítné žlázy, k terapii<br />
po intravenozním podání možno<br />
zobrazit prostor srde ních komor a<br />
síní, hromadí se v mozkových nádorech<br />
Fyzikální jevy p i pr chodu ionizujícího zá ení hmotou<br />
paprsky α<br />
u p irozených zdroj dosahují p i pom rn zna ných energií (až do 10 MeV)<br />
nejvýše 7 % rychlosti sv tla<br />
dosah ve vzduchu v cm je p ibližn : R = 9,3.10 -28 . v 3 (tj. nejvýše asi 10 cm)<br />
ástice α, stejn jako ostatní korpuskulární ástice, ztrácí svoji energii<br />
ionizací okolních <strong>atom</strong><br />
paprsky β<br />
absorpce zá ení β probíhá podle vztahu:<br />
N = N 0 . e -µ.d<br />
kde N 0 je po et ástic, které dopadly na absorbátor, N je po et ástic, které prošly<br />
absorbátorem, d je tlouš ka vrstvy absorbujícího prost edí, µ je absorp ní koeficient<br />
dob h ástic β ve vzduchu iní n kolik metr , ve tkání mén než 1 cm<br />
ale rychle letící elektrony mohou být zabrzd ny silovým polem jáder okolních<br />
<strong>atom</strong> (výrazn ji u t žších), a m že tak vzniknout mnohem pronikav jší X zá ení,<br />
proto také ke stín ní β zá ení se používá materiál s nižším Z (hliníkové fólie)
cm<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
Dob h ástic α, proton , deuteron<br />
ve vzduchu<br />
0 2 4 6 8 10 MeV<br />
paprsky γ<br />
p<br />
d<br />
α<br />
cm<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
Absorpce ástic β v r zných<br />
materiálech<br />
H 2 O nebo tká<br />
Al<br />
Cu<br />
0 2 4 6 MeV<br />
p i pr chodu absorbujícím prost edím jsou pohlcovány podle vztahu:<br />
I = I 0 . e -µ.d<br />
kde I 0 je intenzita dopadajícího elmag. zá ení,<br />
I je intenzita zá ení po pr chodu absorbátorem,<br />
d je tlouš ka vrstvy absorbujícího prost edí,<br />
µ je absorp ní koeficient<br />
absorp ní koeficient µ - závisí na efektivním <strong>atom</strong>ovém ísle absorbátoru (tj. pr m rná<br />
hodnota <strong>atom</strong>. ísla všech p ítomných prvk ) a vlnové délce zá ení - µ ~ Z 4 .λ 3
Mechanismy absorpce γ γ zá ení<br />
Fotoefektem<br />
e<br />
Comptonovým jevem Vznikem elektronového páru<br />
- e- e- ϕ<br />
uplat uje se nejvíce u<br />
zá ení s v tší λ a p i<br />
pohlcování v<br />
prost edí s vyšším Z<br />
p i nárazu na n který<br />
elektron obalu p edá<br />
foton elektronu<br />
veškerou energii a<br />
sám zanikne<br />
Detektory zá ení<br />
E=hν 1 E=hν 2<br />
υ<br />
uplat uje se nejvíce u<br />
zá ení s nižší λ (tj. s<br />
výšší energií)<br />
p i nárazu na n který<br />
elektron obalu p edá<br />
foton elektronu jen<br />
ást své energie<br />
E>1.02 MeV<br />
e +<br />
uplat uje se u zá ení γ s<br />
energií vyšší než 1,02 MeV<br />
p i nárazu fotonu na <strong>atom</strong><br />
dochází k zániku fotonu,<br />
p i emž jeho energie se<br />
spot ebuje na vytvo ení<br />
hmotového ekvivalentu<br />
energie 1,02 MeV, což je<br />
dvojice elektron-pozitron<br />
jsou p ístroje, které p evád jí ionizující zá ení na jinou snadn ji<br />
indikovatelnou formu<br />
- elektrický proud - ioniza ní komora, GM-trubice, scintila ní a<br />
polovodi ový detektor<br />
- fyzikáln chemickou - fotografické desky<br />
- sv telnou - termoluminiscen ní detektory<br />
Ioniza ní komora<br />
+<br />
-<br />
~10 -15 -10 -10 A<br />
- základem je vzduchový kondenzátor (tj.<br />
obsahuje 2 elektrody, mezi nimiž je jako<br />
dielektrikum vzduch)<br />
- projde-li ionizující zá ení vzduchovým<br />
dielektrikem komory, vytvo í na své dráze<br />
iontové páry, ionty jsou pak p itahovány k<br />
nabitým elektrodám komory a vzniká tak<br />
ioniza ní proud<br />
e -
imp/min<br />
Geiger-Müller v po íta<br />
absorpce<br />
excitace<br />
ionizace<br />
vstupní okénko<br />
Charakteristika GM-trubice<br />
plato<br />
pracovní<br />
nap tí<br />
trvalý<br />
výboj<br />
V<br />
- jedná se o modifikovanou ioniza ní<br />
komoru, jedna elektroda je tvo ena drátem,<br />
který je napnut uvnit kovového válce,<br />
tvo ícího druhou elektrodu<br />
- trubice je napln na pod malým tlakem<br />
vzácnými plyny, nej ast ji argonem.<br />
- nap tí p ivád né na elektrody iní asi<br />
1000-1500 V<br />
- ionizující zá ení na své dráze trubicí<br />
ionizují <strong>atom</strong>y Ar, vzniklé ionty jsou pak<br />
urychlovány sm rem k elektrodám<br />
- elektrony mohou po urychlení rovn ž<br />
vytvá et další ionty, takto vzniklé<br />
sekundární elektrony op t další atd., až na<br />
anodu dopadne místo jednoho elektronu<br />
celá lavina elektron - dopadem laviny<br />
vzniká elektrický impuls<br />
- po dobu, kdy probíhá v trubici lavina, je<br />
trubice zcela necitlivá na eventuální další<br />
ionizující ástice, a to dokud v trubici si<br />
kladné ionty nevyrovnají sv j náboj na<br />
katod - tato doba se nazývá mrtvou dobou<br />
GM-trubice<br />
- ší e plata se pohybuje mezi 150-300 V<br />
- uprost ed plata se volí pracovní nap tí
Scintila ní detektor<br />
α β<br />
e-<br />
γ<br />
krystal<br />
fotokatoda<br />
dynody<br />
anoda<br />
Dávkový ekvivalent H<br />
H = Q F . Γ. A.t<br />
r 2<br />
- je složen ze dvou základních ástí<br />
scintilátoru a fotonásobi e<br />
- ionizující zá ení dopadající na scintilátor<br />
vyvolá v n m fluorescenci, tyto sv telné<br />
záblesky pak dopadají na fotokatodu<br />
fotonásobi e<br />
- z fotokatody vyrážejí fotony fotoelektrony<br />
- za fotokatodou je 10-15 elektrod zvaných<br />
dynody, tyto elektrody jsou p ipojeny na<br />
stoupajícím rozdílu nap tí (lišícím se o ~<br />
100 V). Elektron p ed dopadem na každou<br />
dynodu se urychlý a zp sobí tak navýšení<br />
po tu elektron .<br />
- pro zá ení γ se používá scintila ní krystal<br />
NaI s p ím sí Tl (pro β zá ení se také jako<br />
scintilátoru používá terfenyl)<br />
- výhodou scintila ních detektor je jejich<br />
schopnost rozlišit fotony s r znou energií,<br />
oproti GM-trubici má výšší ú innost<br />
detekce γ (až 30 % u GM pouze 1 %)<br />
OCHRANA P ED ZEVNÍM ZÁ ENÍM<br />
-vzdáleností<br />
- asem (omezení doby expozice)<br />
- stín ním<br />
D ...absorbovaná dávka<br />
Q F ....vyjad uje rozdíl v biologické ú innosti jednotlivých druh zá ení<br />
Γ ....dávková konstanta gamma pro daný radionuklid
Absorbovaná dávka z p írodních a<br />
um lých zdroj za 1 rok<br />
Zdroje<br />
P írodní<br />
Kosmické zá ení<br />
Zemské zdroje<br />
zevní ozá ení<br />
vnit ní ozá ení ( 40 K, 87 Rb,prvky ad)<br />
Um lé<br />
Rtg diagnostika<br />
Nukleární medicína<br />
Ostatní<br />
CELKEM<br />
H (mSv)<br />
0,37<br />
0,41<br />
1,63<br />
0,6<br />
0,06<br />
0,004<br />
3,07<br />
o ní o ka<br />
k že 100 cm 2<br />
ruce<br />
Limity ozá ení za 1 rok<br />
gonády<br />
kostní d e<br />
rovnom r.ozá ení celého t la<br />
obyvatel pracovník<br />
H (mSv)<br />
Radia ní zát ž p i n kterých VT, Rtg a radionuklidových vyšet eních<br />
oblast<br />
Hlava<br />
Hrudník<br />
Pánev<br />
VT<br />
Rtg<br />
NM<br />
VT<br />
Rtg<br />
NM<br />
VT<br />
Rtg<br />
NM<br />
9-11 vrstev<br />
prostý snímek hlavy<br />
mozk. angiografie<br />
scint. mozku stat. 99m TcO 4, 460MBq<br />
13-15 vrstev<br />
dálk. snímek plic a srdce<br />
radiofotografie<br />
Th páte<br />
plicní angiografie<br />
žlu ník<br />
urografie<br />
irigoskopie<br />
mamografie<br />
scint. myokardu 201 Tl, 75MBq<br />
7-20 vrstev<br />
pánve<br />
LS páte<br />
scint. kostí 99m Tc<br />
H (mSv)<br />
0,5-2<br />
0,1-0,3<br />
6<br />
6<br />
5-16<br />
0,05<br />
0,3-0,7<br />
2,6<br />
2,5<br />
1,9<br />
3,1<br />
7,7<br />
10,4<br />
17<br />
1-13,5<br />
0,5-5<br />
3<br />
4,5<br />
5<br />
15<br />
50<br />
50<br />
H (mSv)<br />
50<br />
150<br />
300<br />
500
Radion<br />
uklid<br />
3H 14C 33P 35S 36Cl 45Ca 51Cr 55Fe 63Ni 99Tc 147Pm Radiation<br />
Gamma and X rays<br />
Beta particles<br />
and electrons<br />
Neutrons<br />
Protons (high energy)<br />
Alpha particles<br />
Heavy ions<br />
Dávková konstanta Γ<br />
(.10 -7 mSv/hod pro<br />
1Bq, 1 cm)<br />