Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Ionizující záření a jeho účinky. Radioaktivita Vlastnost některých jader atomů podléhat samovolnému rozpadu. Vznikají tak jádra jednodušší a uvolňuje.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Ionizující záření a jeho účinky. Radioaktivita Vlastnost některých jader atomů podléhat samovolnému rozpadu. Vznikají tak jádra jednodušší a uvolňuje."— Transkript prezentace:

1 Ionizující záření a jeho účinky

2 Radioaktivita Vlastnost některých jader atomů podléhat samovolnému rozpadu. Vznikají tak jádra jednodušší a uvolňuje se energie ve formě záření. Nestabilní nuklid podléhající přeměně. Radionuklid

3 Radioaktivní rozpad N 0 – počet radioaktivních jader v čase t=0 N – počet zbylých jader v libovolném t Poločas rozpadu [T 1/2 ] = s  - konstanta rozpadu, [  ] = s -1

4 Aktivita  podíl středního počtu radioaktivních přeměn radionuklidu za časový interval  jednotkou v soustavě SI – bequerel (Bq)  1 Bq = 1 rozpad za sekundu  1 curie = 1Ci = 3, Bq

5 Aktivita vyhořelého jaderného paliva

6 Ionizující záření  Ionizujícím zářením nazýváme takové záření, jehož kvanta mají natolik vysokou energii, že jsou schopna vyrážet elektrony z atomového obalu a tím látku ionizovat.

7 Druhy ionizujícího záření Záření  Záření  Záření α Elektromagnetické vlnění Jádra helia Záporné elektrony nebo kladné pozitrony Druhy záření [29]

8 Stínění  Alfa částice – malá pronikavost, zachytí je lidská pokožka nebo papír  Beta částice – neprojdou tenkou vrstvou hliníku  Gama částice – velká energie, proniknou lidským tělem, zachytí je silná olověná nebo betonová deska Pronikavost záření [29]

9 Dávka  pohlcená energie na jednotku hmotnosti  jednotkou v soustavě SI je gray (Gy)  starší jednotka rad (radiation absorbed dose)  1Gy = 1J/kg = 100 rad

10 Dávkový příkon  Podíl přírůstku dávky dD a časového intervalu dt  jednotkou je Gy.s -1

11 Ekvivalentní dávka  bere ohled na rozdílné působení odlišných druhů ionizujícího záření  pohlcená dávka vynásobená jakostním faktorem (faktorem kvality záření)  jednotkou v soustavě SI je sievert (Sv)  starší jednotka rem: 1 rem = 0,01 Sv Jakostní faktor Alfa záření20 Beta záření1 Gama záření1 protony5 neutrony5-20 (závisí na energii)

12 Biologický poločas přeměny  charakterizuje vylučování daného radioaktivního prvku z organismu  doba, za kterou se z organismu vyloučí polovina přijatého množství radionuklidu  kombinace biologického a fyzikálního poločasu přeměny Efektivní poločas přeměny

13 Ozáření člověka zdroj ekvivalentní dávka (  Sv/rok) podíl na celkovém ozáření (%) radon a produkty přeměny radonu130043,1 lékařství66020,6 vnější ozáření přírodními radionuklidy (mimo radon a jeho produkty)46015 kosmické záření38012,5 vnitřní ozáření přírodními radionuklidy (mimo radon a jeho produkty)2307,5 těžební průmysl240,75 radionuklidy kosmogenního původu120,4 jaderná energetika80,2 výroba radionuklidů0,80,02 radioaktivní spotřební produkty0,40,01 Přírodní zdroje zapříčiňují ozáření obyvatelstva České republiky 3 – 3,5 mSv. Umělé zdroje záření přispívají k celkovému ozáření přibližně jednou šestinou.

14 Šíření radionuklidů v životním prostředí

15 Biologické účinky vybraných radionuklidů  beta zářič  poločas přeměny12,4 let  biologický poločas přeměny je 10–20 dní  z plynné formy a vzniká HTO – v podobě vodní páry nachází v atmosféře  vzniká také působením kosmického záření  v těle se chová jako H 2 O – rozšiřuje se do všech měkkých tkání  způsobuje vnitřní kontaminaci Tritium 3 H (T)

16 Krypton 85 Kr  beta a gama zářič  poločas rozpadu 10,8 let  hromadí se v atmosféře  nízká rozpustnost a chemická aktivita – proniká minimálně do potravních řetězců  zanedbatelné zdravotní důsledky

17 Stroncium 90 Sr  beta zářič  poločas rozpadu 28,1 let  biologický poločas – 10 4 let  tvorba rozpustných sloučenin  chemické vlastnosti podobné vápníku – nahrazuje vápník v kostech a chrupavkách  důsledkem ozáření kostní dřeně dochází k poruchám krvetvorby

18 Jód 129 I  beta zářič  poločas rozpadu 1, let  absorbuje se ve štítné žláze, v sliznici žaludku a v mléčných žlázách

19 Cesium 137 Cs  beta a gama zářič  poločas rozpadu je 30 let  biologický poločas rozpadu 50–150 dní.  metabolismus odpovídá draslíku – hromadí se ve svalstvu a měkkých tkáních  vysoký obsah vykazují ryby

20 Uran 238 U  alfa a gama zářič  poločas rozpadu je 4, let  biologický poločas rozpadu pro ledviny 15 dní a pro celé tělo 100 dní

21 Plutonium 239 Pu  alfa zářič  poločas rozpadu je 2, let  biologický poločas 7, dní pro kosti.  v atmosféře jako aerosol nebo PuO 2  koncentruje se v plicích, játrech nebo kostech  vyšší toxicita než ostatní těžké kovy  důsledky se projeví až po letech, kdy je prvních asi 15 let obdobím latentním a po něm následuje přibližně 30 let zvýšeného rizika vzniku rakoviny

22 Biologické účinky záření  DNA buňky může být poškozeno zářením přímo, nebo nepřímo prostřednictvím reaktivních iontů OH -, které zanechalo záření díky ionizaci okolních molekul  zasažení genu vede až k úmrtí buňky (schopnost nahrazení)  pokud nastane mutace genu, může dojít k nekontrolovatelnému dělení

23  v každé buňce denně vzniká asi 10 7 poškození nukleotidů DNA způsobených volnými radikály  poškození DNA radioaktivním zářením – častější poruchy obou vláken DNA (problematičtěji opravitelné)  mutace vzniklé důsledkem metabolismu až desetmilionkrát častější než mutace vzniklé působením běžné radiace  v blízkosti DNA působí pouze 1 % vzniklých volných radikálů  lidské tělo složeno z buněk

24 Každodenní události v buňce metabolismus radioaktivní záření (mGy/rok) volné radikály v blízkosti DNA 10 8 změny DNA 10 6 (1 %) změny neopravené nebo chybně opravené 10 2 (100 ppm)10 -5 (2 ‰) mutace (neodstraněné změny, které nebyly opravené nebo byly opravené chybně) 1 (1 %)10 -7 (1 %) poměr počtu mutací vzniklých metabolismem k mutacím zapříčiněných radioaktivním zářením 10 7 :1

25 Účinky záření Deterministické – dochází ke smrti buněk  zřejmá souvislost s ozářením  charakteristický průběh Stochastické – nahodilé  nelze prokázat souvislost se zářením

26 Deterministické účinky  deterministické účinky jsou charakteristické prahovou dávkou a pod ní pásmem nulové odezvy  intenzita projevů je popsána esovitými křivkami

27 Nemoc z ozáření  pozorována na lidech, kteří byli vystaveni velkým dávkám záření  čtyři stádia: ◦ stádium počátečních příznaků – po několika hodinách až dnech, nevolnosti, průjmy, zvracení, bolesti hlavy ◦ období latence (při vysokých dávkách nenastává) ◦ plný rozvoj příznaků ◦ pozvolné uzdravování, mohou zůstat trvalá poškození krvetvorby, neplodnost, poškození gastrointestinálních funkcí, častá nádorová onemocnění, slabost a únava

28 Stochastické účinky  předpokládaná bezprahová lineární závislost pravděpodobnosti vzniku nádoru a genetických poruch na dávce ozáření

29 Karcinogeneze  nejdůležitější stochastický účinek záření  tři fáze: iniciace rakoviny, propagace nádoru a maligní průběh  klinicky nelze stanovit důvod vzniku nádoru – ani jeho souvislost s ozářením  může vzniknout po letech až desetiletích od ozáření  epidemiologické studie populací – u populací vystavených vysokým dávkám ionizujícího záření byl zvýšen výskyt a úmrtnost důsledkem nádorů plic, žaludku, jater, tlustého střeva, prsu, vaječníku, močového měchýře a několika forem leukémie  např. epidemiologické údaje z Japonska z let 1950–1987: 75 případů z 230 úmrtí na leukémii lze přičíst následkům ozáření

30 Rakovina štítné žlázy  typický pozdní následek ozáření u dětí  u dospělých nebyla souvislost se zářením prokázána  pravděpodobnost vzniku závisí na věku, ve kterém byl jedinec záření vystaven – s přibývajícím věkem pravděpodobnost vzniku klesá

31 Další stochastické účinky  velmi citlivé na ozáření – krvetvorné orgány (poškození vede ke vzniku leukémie)  nejvyšší výskyt v období 5–15 let od ozáření  rakovina močového měchýře u mužů a rakovina prsu u žen

32 Dědičné vlivy  při neletální změně DNA zárodečné buňky  nebyly u lidí prokázány, lze je předpokládat  dominantní mutace  recesivní mutace – hromadí se v genofondu populace  mírný, spekulativní vliv na multifaktoriální onemocnění

33 Účinky na embryo  negativní účinky ve všech fázích vývoje  vznik rakoviny, mentální retardace a jiných vad, včetně smrtelných

34 Statistické údaje  odhad pravděpodobnosti vzniku leukémie celoživotním ozáření 1000 mSv – 1,1 %, vzniku nádoru – 10,9 %, vzniku fatálního nádoru – 4–5 % na 1000 mSv  pravděpodobnost vzniku dědičných onemocnění je 1,2 % na 1000 mSv, v prvních dvou generacích pak 0,3 %  pokud je dávce 1000 mSv vystaveno embryo v období mezi 8.–15. týdnem vývoje dochází k posunu inteligenčního koeficientu o 30 IQ bodů směrem dolů

35 Nízké dávka záření  účinky zjistitelné pouze prostřednictvím epidemiologických studií velkých populací  experimentálně prokázáno – v buňce dochází k adaptacím na ionizující záření  nízké dávky ionizujícího záření mohou způsobit změny v buňkách a zvýšit tak schopnost vyrovnat se se stochastickými účinky záření

36 Adaptace  dochází ke stimulaci reparačních mechanismů v buňkách  principem adaptace je rychlejší syntéza enzymů zodpovědných za opravu DNA  pokud jsou tyto enzymy v dostatečné koncentraci v době obdržení vyšší dávky (tzv. provokační), jsou opravy rozsáhlejší a snižuje se riziko vzniku mutace  prokázána v lidských lymfocytech  buněčná odpověď – přechodná, existují individuální rozdíly

37 Stochastické účinky  první žena, která mohla studovat na Sorboně  1903 Nobelova cena  pokusy s radiem a poloniem  zajímala se i o účinky na člověka – např. 10 hodin měla na ruce připevněnou špetku radiové soli (během 3 týdnů vznikla hluboká hnisavá rána, hojila se 2 měsíce)  zemřela na leukémii Marie Curie-Sklodowská (1867–1934) Marie Curie-Sklodowská [16]

38 Deterministické účinky Louis Slotin (1910–1946)  ruští židé, kanadský Winipeg  univerzita v Manitobě – chemie  doktorát v Londýně  Chicago – vývoj cyklotronu  1944 pracuje v Los Alamos na vývoji atomové bomby – vrchní zbrojmistr spojených států Louis Slotin [15]

39 Los Alamos  Harry Daghlian – spolupracovník ◦ nehoda při experimentu – za 24 dní umírá na akutní nemoc z ozáření (jako první Severoameričan)  – vědecká konference ◦ Alvin Graves požádal o předvedení experimentu, Slotin souhlasil

40 Princip experimentu  experiment: plutoniové jádro, vážící 6,2 kg, potažené niklem,uloženo v beryliových polokoulích  přibližování vrchní polokoule beryllia ke spodní – se zmenšující se štěrbinou mezi beryliovými polokoulemi se zvyšuje počet neutronů odražených zpět do plutoniového jádra  v okamžiku, kdy je počet neutronů v jádru větší než jejich ztráta, začíná řetězová reakce, které je však kontrolovaná a pomalá  pokud se štěrbina mezi polokoulemi sníží na 0,32 cm, jsou neutrony v kritickém přebytku a dojde k rychlé řetězové reakci, která je již nekontrolovatelná  Geigerův počítač zaznamenával radiaci-prudké zvýšení = přiblížení se kritickému bodu

41 Průběh experimentu  Slotin odstranil bezpečnostní pojistky  horní polokouli držel v levé ruce, v pravé ruce šroubovák – reguloval jím velikost štěrbiny Průběh experimentu [15]

42  šroubovák se smeknul a beryliové polokoule se spojily, objevil se modrý záblesk a místností proběhl žár  Slotin shodil vrchní polokouli na podlahu  všichni vyběhli ven z laboratoře, Slotin zavolal ambulanci a začal sestavovat plán rozmístění osob pro stanovení obdržené dávky Laboratoř po nehodě [32]

43 Průběh nemoci  Slotin zvracel již cestou do nemocnice  Graves čekal stejný průběh, ale Slotin ho při nehodě ochránil svým tělem  za 3 hod. – oteklá a zarudlou levá ruka, palec znecitlivělý se zčernalým nehtovým lůžkem  za 24 hod. – levá ruka již extrémně oteklá, pravá začíná otékat, dostává morfium, rudne spodní část břicha, přestává zvracet a cítí se dobře; v noci se mu na palci objevil velký puchýř; následující den další puchýře a otoky  od 2. dne – ledové obklady a morfium přestávají působit, dostává krevní transfúze; stále v latentní fázi nemoci, dokázal logicky uvažovat  na jazyku v blízkosti zlatého zubu vřed  od 6. dne – stoupá teplota, zrychluje se puls, žaludek a střeva selhávají, pokožka rudo–hnědý odstín  7.den klesl počet trombocytů - vnitřním krvácení; Slotin byl chvílemi duševně pomatený a 8. den upadl do kómatu, musel připojen na kyslíkový přístroj  Louis Slotin zemřel devátý den po ozáření – 30.května 1946 v 11 hodin dopoledne jako jediná oběť nehody

44 Dávka záření  chemici, fyzici a biologové – pokoušejí se stanovit dávku záření, pomáhají jim kovové předměty  lidé v místnosti obdrželi přibližně tyto dávky: Ekvivalentní dávka (Sv) 21 3,6 2,5 1,6 1,1 0,65 0,47 0,37 Rozmístění osob při nehodě [15]

45 Porovnání jaderné a uhelné elektrárny elektrárna o výkonu 1000MW v tunách/rok na černé uhlíjaderná spotřeba paliva2, , spotřeba kyslíku6, emise CO 2 6, emise NO x 2, , emise SO 2 5, ostatní plyny2, zanedbatelné pevné odpady4, nízkoaktivní odpady06, středně aktivní odpady04, vysoce aktivní odpady01,0.10 1


Stáhnout ppt "Ionizující záření a jeho účinky. Radioaktivita Vlastnost některých jader atomů podléhat samovolnému rozpadu. Vznikají tak jádra jednodušší a uvolňuje."

Podobné prezentace


Reklamy Google