Základní částice hmoty a jejich interakce

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Atomové jádro, elementární částice
Advertisements

Veličiny a jednotky v radiobiologii
Test z radiační ochrany v nukleární medicíně
VY_32_INOVACE_18 - JADRNÁ ENERGIE
Interakce ionizujícího záření s látkou
Hloubka průniku pozitronů
CHEMIE
Atomová a jaderná fyzika
Úvod do fyziky ionizujícího záření Doc. Ing. J. Heřmanská,CSc.
Vybrané kapitoly z obecné a teoretické fyziky
OBECNÁ CHEMIE STAVBA HMOTY Ing. Alena Hejtmánková, CSc. Katedra chemie
Big Bang Jak to začalo s po velkém třesku – hadronová éra vesmír je vyplněn těžkými částicemi (protony a neutrony) hustota vesmíru je 1097.
Stavba atomového jádra
Tento výukový materiál vznikl v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost 1. KŠPA Kladno, s. r. o., Holandská 2531, Kladno,
Vlastnosti atomových jader
50. Jaderná fyzika II.
Radioaktivita CH-1 Obecná chemie, DUM č. 13 Mgr. Radovan Sloup
Rozdělení záření Záření může probíhat formou vlnění nebo pohybem částic. Obecně záření vykazuje jak vlnový, tak částicový charakter. Obvykle je však záření.
Fotoelektrický jev Jeden z mechanizmů přeměny primárního záření (elektromagnetické) na sekundární (elektronové = beta) Dopadající foton způsobí ionizaci.
REFERÁT na ZÁŘENÍ Kristina Kuboková 4.C.
Kvantové vlastnosti a popis atomu
Jaderné reakce 1) Úvod 2) Výtěžek jaderných reakcí 3) Zákony zachování 4) Mechanismy a modely jaderných reakcí 5) Pružný rozptyl 6) Princip detailní rovnováhy.
Radioaktivita Obecný úvod.
RADIOAKTIVNÍ ZÁŘENÍ Fotoelektrický jev byl poprvé popsán v roce 1887 Heinrichem Hertzem. Pozoroval z pohledu tehdejší fyziky nevysvětlitelné chování elektromagnetického.
Jaderná fyzika a stavba hmoty
Jana Brabencová, Martin Brdek, Michal Jirovský, Filip Pertlík
Vznik a vývoj vesmíru Ve vesmíru převažuje temná hmota, která rozhodne o jeho osudu. Nejčastější skupenství je plazma. Sluneční soustava 4,6 miliard let.
Radioaktivita,radioaktivní rozpad
8.5 Radioaktivita a ochrana před zářením
Jaderná energie Radioaktivita.
Jaderná energie.
RADIOAKTIVITA. Radioaktivitou nazýváme vlastnost některých atomových jader samovolně se štěpit a vysílat (vyzařovat) tak záření nebo částice a tím se.
Interakce lehkých nabitých částic s hmotou Ionizační ztráty – elektron ztrácí energii tím jak ionizuje a excituje atomy Rozptyl – rozptyl v Coulombovském.
22. JADERNÁ FYZIKA.
Jaderná energie.
Charakteristiky Dolet R
1 Škola: Chomutovské soukromé gymnázium Číslo projektu:CZ.1.07/1.5.00/ Název projektu:Moderní škola Název materiálu:VY_32_INOVACE_FYZIKA1_11 Tematická.
Nové modulové výukové a inovativní programy - zvýšení kvality ve vzdělávání Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem.
Jaderné reakce.
Kolik atomů obsahuje 5 mg uhlíku 11C ?
Stavba atomového jádra
Ionizující záření v medicíně
Záření alfa a beta Vznikají při radioaktivním rozpadu některých jader.
Fyzikální metody a technika v biomedicíně
Standardní model částic
Urychlovače na nebi a pod zemí, aneb Velký třesk za všechno může
Vybrané kapitoly z fyziky Radiologická fyzika
Základní částice hmoty a jejich interakce
Neseďte u toho komplu tolik !
Jaderná fyzika Hlavní vlastnosti hmoty jsou dány chováním elektronů. Různé prvky existují v důsledku jader mít různé, celočíselné násobky elementárního.
Radiologická fyzika Rentgenové a γ záření 22. října 2012.
Původ Vesmíru Kde se vzala hmota? Proč jme zde? Kam směřujeme?
MUDr. Michal Jurajda ÚPF Lékařská fakulta Masarykovy Univerzity v Brně
7 Jaderná a částicová fyzika
INSTRUMENTÁLNÍ METODY. Instrumentální metody využití přístrojů.
50. Jaderná fyzika II.
NÁZEV ŠKOLY: 2. ZÁKLADNÍ ŠKOLA, RAKOVNÍK, HUSOVO NÁMĚSTÍ 3
Název školy Základní škola Šumvald, okres Olomouc Číslo projektu
Časový průběh radioaktivní přeměny
Radiologická fyzika Rentgenové a γ záření 4. listopadu 2013.
Radioaktivita.
Radioaktivní záření, detekce a jeho vlastnosti
Záření – radiace Druh vlnění - šíření energie prostorem
NÁZEV ŠKOLY: Základní škola T. G. Masaryka, Bojkovice, okres Uherské Hradiště AUTOR: Ing. Renata Kremlicová NÁZEV: Radioaktivita TÉMATICKÝ CELEK: Energie.
Veličiny a jednotky v radiobiologii
19. Atomová fyzika, jaderná fyzika
Radioaktivita radioaktivita je samovolná schopnost některých druhů atomových jader přeměňovat se na jádra stálejší a emitovat přitom tzv. radioaktivní.
podzim 2008, sedmá přednáška
OBECNÁ CHEMIE STAVBA HMOTY Ing. Alena Hejtmánková, CSc. Katedra chemie
Radioaktivita.
Transkript prezentace:

Základní částice hmoty a jejich interakce

Složení hmoty Fotony Fermiony leptony (elektron, neutrino a jejich antičástice) kvarky (u +2/3e- d -1/3e- ) hadrony – mezony baryony nukleony proton uud neutron ddu

Stabilita částic stabilní jsou: proton, elektron, neutrino a jejich antičástice volný neutron (poločas přeměny 15 min.) → proton + elektron + antineutrino

Interakce částic gravitační elektromagnetická silná jaderná slabá jaderná

Vznik a vývoj vesmíru Ve vesmíru převažuje temná hmota, která rozhodne o jeho osudu. Nejčastější skupenství je plazma. Sluneční soustava 4,6 miliard let

Vznik prvků slučováním kvarků vznikly nukleony a jádra izotopů lehkých prvků H a He jadernou syntézou na povrchu a v jádře hvězd vznikají prvky až po Fe další prvky Mendělejevovy soustavy vznikly bombardováním rychlými neutrony po explozi supernov

Radioaktivita Ionizující záření

Příčina nestability jader Z 2000 známých nuklidů pouze 266 stabilních Stabilita = poměr protonů : neutronům Z < 20 1 : 1, 25 výjimka 11H a 32He Z > 20 1 : 1, 52 poslední stabilní 20983Bi 209 nukleonů – 83 protonů = 126 neutronů 126 : 83 = 1,52

Energie radioaktivní přeměny Exergonický děj [MeV] Q = Eexcit.jádra + Ekin.částic + Efotonů

Zákon radioaktivní přeměny Přeměna konkrétního jádra má stochastický charakter N = No . e –λ t λ desintegrační (přeměnová) konstanta t čas za který se sníží No počet jader v čase t = 0 na počet jader N

Graf závislosti počtu přeměněných jader na čase má exponenciální tvar oo T 2T čas No – počet jader v čase T = 0

Poločasy Fyzikální poločas přeměny Biologický poločas Efektivní poločas 1/ Tef = 1/Tfyz + 1/Tbiol Ekologický poločas

Druhy záření Korpuskulární x elektromagnetické Podle ionizace: Ionizující přímo Ionizující nepřímo Neionizující

1.Korpuskulární záření Ionizující přímo Alfa Elektronové Pozitronové Protonové Ionizující nepřímo Neutronové

2. Elektromagnetické záření Ionizující nepřímo Gama Röntgenovo UV C nad 10 eV nebo λ < 100 nm Neionizující Mikrovlnné Radarové Infračervené Viditelné UV A, B, (C)

Vlastnosti ionizujícího záření Biologická účinnost Podle schopnosti ionizovat Podle pronikavosti Pronikavost Podle velikosti náboje Podle velikosti částice

Röntgenovo záření X rey Působením vysokého napětí dojde k urychlení elektronů emitovaných ze žhavené katody. Nárazem do kovového terče anody vzniká emisní záření: Brzdné – spojité energetické spektrum Charakteristické – čarové spektrum

Záření alfa Energeticky nestabilní atomové jádro X se přemění emisí částice  (jádro helia) na jádro Y. PŘÍKLADY VŠEOBECNĚ AZX  A-4Z-2Y + 42He SPECIÁLNÍ 22688Ra  22286Rn +  Energetické spektrum je čarové. Nejvyšší ionizační schopnost. Nízká pronikavost. Vysoká radiotoxicita při vnitřní kontaminaci.

Záření beta Při přeměnách  se přetváří protony (p) a neutrony (n) navzájem. Rozeznáváme 3 procesy: 1. elektronové záření β- při přebytku neutronů v jádře n  p + e- + ~ AZX AZ+1Y + - + ~ 3215P 3216S + - + ~

Záření beta 2. pozitronové záření β+ při přebytku protonů v jádru 11p10n + + +  AZX AZ-1Y + + +  189F 188O + + +  3. zachycení elektronů sféry K při přebytku neutronů v jádru p + e-  n +  Emise elmg. záření zpětným přeskokem e- do mezer vzniklých záchytem (K- dráha) AZX + e-  AZ-1Y +  (kvarky u → d + ) 5425Mn + e-  5424Cr +  (+2/3 – 1 = -1/3 náboje e-)

Záření beta Energetické spektrum spojité Druhá nejvyšší ionizace Třetí nejpronikavější Proniká do podkoží (beta popáleniny) Vysoká radiotoxicita při vnitřní kontaminaci.

Záření gama  – vzniká přeskokem kvant z úrovně excitace jádra Y* do níže ležící energetické hladiny. Nastupuje ve spojení s - rozpadem nebo - přeměnou. X  Y* + ,  Y* Y +  6027Co  6028Ni* + - 6028Ni* 6028 Ni +  Nižší ionizační schopnost. Nejvyšší pronikavost. Energetické spektrum čarové. Jak vnější ozáření, tak i vnitřní kontaminace.

Neutronové záření Vzniká při jaderných reakcích, např. štěpení jádra, využívá se alfazářičů (neutronový generátor). A (x,y) B, 94Be +  → n + 126C 235U(x,y 2-5 n), Energetické spektrum spojité. Druhé nejpronikavější. Stupeň ionizace je dán energií neutronů. Významné zejména při vnějším ozáření. Schopnost indukované radioaktivity (především nízkoenergetické-pomalé rezonanční neutrony). Průmyslové využití (výroba radionuklidů, jaderný reaktor, neutronová bomba).

Změny v jádře atomu u α záření Brzdné záření u β záření INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU I. ČÁSTICOVÁ ZÁŘENÍ NESOUCÍ NÁBOJ Excitace Ionizace Změny v jádře atomu u α záření Brzdné záření u β záření Anihilace hmoty (pozitron, elektron)

INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU II. FOTONOVÁ ZÁŘENÍ Fotoelektrický jev – fotoefekt Comptonův rozptyl Tvorba elektron-pozitronového páru Změny v jádře atomu

INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU III. NEUTRONOVÉ ZÁŘENÍ Pružný rozptyl Nepružný rozptyl Absorpce jádrem atomu

A) Veličiny a jednotky charakterizující zdroje IZ λ přeměnová konstanta – podíl pravděpodobnosti dP a času dt , za který se jádro pravděpodobně rozpadne [ s-1 ] A aktivita A = λ . N počet rozpadů za sekundu [ Bq ] becquerel starší jednotka [ Ci ] curie 1 Ci = 3,7 . 1010 Bq

A) Veličiny a jednotky charakterizující zdroje IZ am hmotnostní aktivita [ Bq kg-1 ] av objemová aktivita [ Bq l-1 ] aS plošná aktivita [ Bq m-2 ] f frekvence (vlnová délka) E energie záření [ eV ] [ keV, MeV ] energie elektronu ve spádu 1 V

B) Veličiny a jednotky popisující interakci IZ s hmotou Dávka (D) popisuje předávání střední energie nabitých částic absorpcí v hmotě [ J kg -1 ] = [Gy] grey dE D = -------- dm

Veličiny a jednotky popisující interakci IZ s hmotou L lineární přenos energie (LET) [ eV ] L = dE / dx vyjadřuje energii která je při zpomalování nabité částice předávána elektronům hmoty X expozice pouze pro fotonová záření ve vzduchu [ C kg -1 ] , starší [R] rentgen X = dQ / dm Q náboj v coulombech [C]

Veličiny a jednotky popisující interakce IZ s živou hmotou EKVIVALENTNÍ DÁVKA VE TKÁNI (ORGÁNU) HT [ Sv ] HT = wR . DT,R wR radiační vahový faktor DT, R [Gy] průměrná absorbovaná dávka ve tkáni T ionizujícím zářením R

Veličiny a jednotky popisující interakce IZ s živou hmotou EFEKTIVNÍ DÁVKA CELÉHO NEBO ČÁSTI TĚLA E [ Sv ] E = wT . HT wT tkáňový vahový faktor (závisí na radiosenzitivitě příslušné tkáně)

Vybrané metody detekce ionizujícího záření Fyzikální elektrické ionizace – GM-trubice polovodičové luminiscenční scintilace Chemické skiagrafie Biologické

INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S ŽIVOU HMOTOU

Výchozí zákonitosti : 1) IZ je starší než Země 2) IZ je významný faktor pro vznik života a evoluci 3) Bez IZ není možný život 4) Každý živý organismus je primárně radioaktivní (40K, 14C, atd.) 5) Nízké dávky IZ mají odlišné účinky než dávky vysoké

TEORIE INTERAKCÍ IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S ŽIVOU HMOTOU Neexistuje žádná teorie, která je úplná a vyčerpávající ! Podle mechanizmu působení Zásahová Radikálová (nepřímého účinku) Podle místa primárního účinku Duálové radiační akce Molekulárně biologická Membránová

Zásahová teorie V biologických systémech absorbovaná energie připadá přibližně z jedné čtvrtiny na organické a ze tří čtvrtin na anorganické látky.

Teorie radikálová Nejprve vznikají volné radikály Vzhledem k jejich vysoké reaktivnosti sekundárně poškozují biopolymery Nejčastější jsou radikály vody

Teorie duálové radiační akce se manifestuje chromozomálními aberacemi ze sublézí z vznikají léze, jejichž počet je úměrný z2 Velikost biologického účinku E   E(z) = k . z2  , kde k je konstanta úměrnosti.

Molekulárně biologická teorie Poškození a reparace na DNA v závislosti na energii záření: pyrimidinové hydratace - pyrimidinové dimery, především dimerizaci tyminu (UV záření) porušení vodíkových můstků mezi vlákny DNA nejčastěji jednovláknové (jednoduché) zlomy, nebo méně často dvouvláknové zlomy Větší poškození jednoho místa má menší negativní efekt než více drobnějších poškození na celém řetězci

Podle časové dynamiky účinku ionizujícího záření lze rozlišit procesy: 1. fyzikální (doba trvání 10-16 s) absorpce energie, vznik iontů 2. fyzikálněchemické (10-10 s) vznik radikálů, 3. chemické, resp. biochemické (10-6 s až celé sekundy) interakce s biopolymery, změny metabolismu 4. biologické (doba trvání sekundy až roky) nemoc z ozáření, proliferace atd.