07.12.2012 Views

atom.pdf

atom.pdf

atom.pdf

SHOW MORE
SHOW LESS

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 />

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!