RNDr. Ferdinand Varga, Ph.D. Úloha 7 RADIOAKTIVITA RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D. RNDr. Ferdinand Varga, Ph.D. RNDr. Petr Heřman

Úloha 7 RADIOAKTIVITA ZADÁNÍ ÚLOHY Úkol 1. Radiační pozadí Změřte radiačního pozadí v místnosti. Úkol 2. Ochrana vzdáleností Ověřte a popište účinnost "ochrany vzdáleností". Úkol 3. Ochrana stíněním Ověřte a popište účinnost "ochrany stíněním".

RADIOAKTIVITA 1896 – francouzský fyzik H. Becquerel uran vysílá neviditelné záření, které působí na fotografickou desku stejně jako paprsky X (W. C. Röntgen, 1895) přirozená radioaktivita schopnost některých látek samovolně vysílat záření (M. Curie-Sklodowská a P. Curie) jednotlivé druhy záření – podle rozdílného chování v elektrickém a magnetickém poli – ,  a γ umělá radioaktivita (1933) – I. Curie a F. Joliot-Curie nestabilní (radioaktivní) atomové jádro  po čase změna struktury jádra – emise ionizujícího záření – radioaktivní přeměna mateřský radionuklid  dceřiný nuklid

protonové (atomové) číslo Z – počet protonů v jádře nukleonové (hmotnostní) číslo A – celkový počet nukleonů neutronové číslo N – počet neutronů v jádře N = A–Z

Záření alfa () proud  částic – jader helia – He2+ protonové i neutronové číslo rovno 2 – dva protony a dva neutrony v Mendělejevově periodickém systému dceřiné jádro o dvě místa vlevo nejslabší druh jaderného záření, pomalý pohyb, malá pronikavost odstínění i listem papíru

Záření beta () částice kladný nebo záporný náboj rozdíl mezi energií uvolněnou z jádra a kinetickou energií elektronu – tzv. antineutrino  záření –– elektrony protonové číslo dceřiného prvku o jednotku vyšší záření +– pozitrony – kladně nabité elektrony protonové číslo dceřiného prvku o jednotku nižší záchyt elektronu z elektronového obalu protonové číslo dceřiného prvku o jednotku nižší (podobně jako β+) rychlý pohyb, větší pronikavost (materiály s nízkou hustotou nebo malou tloušťkou) odstínění vrstvou vzduchu (1 m) nebo olova (1 mm)

Záření gama (γ) vysoce energetické elektromagnetické záření vznikající při radioaktivních a jiných jaderných a subjaderných dějích záření o energii fotonů nad 10 keV proniká lépe než korpuskulární záření  nebo , (nikoli elektromagnetická) často spolu s  či  zářením při radioaktivním rozpadu jader poškození jako rentgenové záření: popáleniny, rakovina a mutace pronikavost velmi vysoká odstínění silné štíty z kovů velké hustoty (např. olovo) a nebo slitin kovů velké hustoty (čím vyšší hustota a tloušťka, tím větší odstínění

RADIOAKTIVITA libovolný atom daného nuklidu má stejnou pravděpodobnost, že se v určitém časovém intervalu přemění  přeměnová konstanta (s–1) poločas přeměny – doba, během níž se přemění polovina radioaktivních jader (s) Radioaktivní přeměna se řídí zákony matematické statistiky. Registrujeme-li částice emitované radioaktivním vzorkem, zjistíme, že jejich počet registrovaný v určitém pevném časovém intervalu je při opakovaném měření různý. Počty částic n při každém takovém měření fluktuují kolem určité střední hodnoty.

OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM V praxi ochrana pracovníků před zevním ozářením založena na třech principech: ochrana časem ochrana vzdáleností ochrana stíněním Způsoby ochrany často kombinují.

OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM Ochrana časem radiační zátěž pracovníka je tím menší, čím kratší je doba pobytu v blízkosti zdroje doba pobytu musí být zkrácena natolik, jak je to z praktického hlediska možné k metodě ochrany časem patří i střídání pracovníků na místech, kde jsou vystaveni vyšší expozici

OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM Ochrana vzdáleností fluence záření Φ (efektivní dávka E, resp. ekvivalentní dávka HT) klesá se vzdáleností (u bodového zdroje v geometrii volného prostoru se čtvercem vzdálenosti – zákon 1/r2) fluence částic – podíl počtu částic dN, které dopadly v daném bodě prostoru na malou kouli a obsahu jejího příčného řezu dA: jednotkou m–2 při práci co nejdále od zdroje (např. manipulace se zářiči se provádějí pomocí nástrojů s dlouhou rukojetí, pracovník se podle možností co nejméně přibližuje k pacientovi, v jehož těle jsou radioaktivní látky ...)

OCHRANA PŘED ZÁŘENÍM Ochrana stíněním mezi zdrojem a pracovníkem vrstva vhodného stínícího materiálu, která zeslabuje svazek záření rentgenové záření vyšších energií a záření γ těžké materiály (betonové stropy a podlahy, barytové omítky, dveře vyložené olovem, olověné kontejnery na přenášení radioaktivních látek, olověné kryty na injekční stříkačky při intravenózních aplikacích radionuklidů ...) záření  lehké materiály (např. hliník, plexisklo) pro potlačení vzniku sekundárního brzdného záření (dostačující absorpce záření  lehčími materiály)

DETEKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ interakce záření s prostředím  detekce transformace energie záření do formy, kterou je příslušný detektor schopný zaznamenat a vyhodnotit nejčastější klasifikace detektorů ionizujícího záření založena na typu pracovního prostředí detektoru dvě hlavní skupiny: detektory plynové a pevnolátkové

PLYNOVÉ DETEKTORY plyny – elektrické izolátory ionizující záření  ionizace plynů  vodivé plynová náplň detektoru mezi dvěma elektrodami  ionizace  proudový impuls velikost výsledného impulsu závisí na počtu vzniklých iontových párů a napětí mezi elektrodami. podle velikosti napětí mezi elektrodami detektoru (pracovní napětí)  jednotlivé typy plynových detektorů lišící zejména citlivostí, energetickou rozlišovací schopností Typy podle stoupajícího pracovního napětí ionizační komory pro měření aktivity radiofarmak proporcionální počítače Geiger-Müllerovy detektory – v radiační ochraně pro monitorování prostředí nebo jako osobní dozimetry pro okamžité monitorování

PEVNOLÁTKOVÉ DETEKTORY Scintilační detektory využití v zobrazovací diagnostické technice (CT, PET, scintigrafie, SPECT) Části: scintilátor, fotonásobič, vyhodnocovací zařízení

Scintilační detektory scintilátor – při průchodu ionizujícího záření excitace atomů, při následné deexcitaci vyzařování viditelného světla ve formě záblesků – scintilace anorganické krystalické scintilátory, např. NaI(Tl) fotonásobič – přeměna scintilací na elektrické impulzy, registrace a zpracování elektronickým vyhodnocovacím zařízením; z  fotokatody po dopadu fotonů v důsledku fotoefektu emitovány elektrony  při pohybu od fotokatody přes dynody k anodě urychlovány elektrostatickým polem, počet se zvětšuje vlivem sekundární emise dynod výsledkem značné zesílení primárního signálu (105–107 ) amplituda (výška impulzů) na výstupu fotonásobiče je úměrná energii záření absorbované ve scintilátoru dynody – elektrody zapojené přes vmezeřené rezistory v sérii mezi katodou a anodou fotonásobiče tak, že na každé následující (ve směru od katody k anodě) je vyšší –"kladnější" napětí; materiál dynod umožňuje sekundární emisi elektronů

Polovodičové detektory v elektrickém obvodu zařazen polovodičový prvek vodivost modifikována dopadajícím ionizujícím zářením velice citlivé, náročné na provozní podmínky využití v laboratořích pro spektrometrické účely

Termoluminiscenčí detektory (TLD) krystalická struktura některých látek, např. LiF  elektrony v atomových obalech po excitaci přímo nepřecházejí na původní energetickou úroveň  v excitovaném stavu zachyceny v tzv. pastech neumožňujících přímou deexcitaci  uvolnění energie až po dodaní další energie z vnějšího prostředí (energie tepelné) deexcitace provázena detekovatelnou luminiscencí signál úměrný absorbované dávce záření využití např. jako osobní dozimetry

Filmové detektory princip založen na trvalých chemických změnách po ozáření citlivého materiálu (nejčastěji redukce AgBr) podobně jako u fotografie latentní obraz zviditelnění tzv. vyvoláním ztmavnutí negativu úměrné absorbované dávce záření využití v osobní dozimetrii, filmy využívané v rtg-diagnostice (skiagrafie)

Úkol 2. Ochrana vzdáleností Úkol 3. Ochrana stíněním Úkol 1. Radiační pozadí Změřte radiačního pozadí v místnosti. Úkol 2. Ochrana vzdáleností Ověřte a popište účinnost "ochrany vzdáleností". Úkol 3. Ochrana stíněním Ověřte a popište účinnost "ochrany stíněním".

Školní souprava GamaBeta zdroje záření γ – 241Am (poločas přeměny 432,7 let)  – 90Sr (s poločasem přeměny 29,1 let) detektor záření (Geiger-Müllerův) s čítačem impulzů absorpční pláty z různých materiálů fixační stativ

Školní souprava GamaBeta

Úkol 1. Radiační pozadí Změřte radiačního pozadí v místnosti. radioaktivita – přirozená součást životního prostředí důležité znát aktuální hodnotu radiačního pozadí, aby bylo možné identifikovat případnou aktivitu dalších zdrojů Postup práce měření hodnoty pozadí v místnosti bez použití zdroje záření měřit hodnotu radiačního pozadí np100 po dobu 100 s vypočet průměrné hodnoty np10 pro 10 s interval měření hodnotu pozadí použít v dalších měřeních

Úkol 2. Ochrana vzdáleností Ověřte a popište účinnost "ochrany vzdáleností". s rostoucí vzdáleností od zdroje klesá fluence částic není-li použit bodový zdroj a měření probíhá v přítomnosti rozptylujícího materiálu  pokles fluence pomalejší 1/r2 (dáno příspěvkem rozptýleného záření a pozadí k celkovému počtu detekovaných částic použitý zdroj záření směrový, polohu zářiče v pozicích stativu aretovat kolíkem Postup práce četnost detekovaných částic záření  i γ ve třech různých vzdálenostech od zdroje: 4 cm, 8 cm a 16 cm pro každou vzdálenost a každý druh záření 10 (po 10 s) výpočet průměru každé desítky hodnot odečtení hodnoty pozadí od průměrné hodnoty pro každou vzdálenost a každý druh záření porovnání hodnot popis závislosti úbytku počtu detekovaných částic na vzdálenosti

Úkol 3. Ochrana stíněním Ověřte a popište účinnost "ochrany stíněním". míra rozptylu a absorpce záření závisí nejen na druhu a energii záření, ale i na vlastnostech prostředí, v němž dochází k interakci Postup práce měření četnosti detekovaných částic záření  i γ v nejbližší vzdálenosti zdroj-detektor záření (4 cm) mezi detektor a zdroj přitom vkládat absorpční destičky různých materiálů měření pro 3 různé absorpční materiály pro každý druh záření 10 vypočet průměru každé desítky hodnot porovnání hodnot navzájem i bez použití absorpční destičky (Úkol 2) popis a zdůvodnění míry absorpce jednotlivých typů záření jednotlivými stínícími materiály