FIZIKA
Radioaktív sugárzás
Radioaktivitás
Atommag összetétele:
FIZIKA
Hélium atommag : 2 proton + 2 neutron
He
He
4 2
A 4 A- tömegszám proton neutronegyüttesszáma Z 2 Z - rendszám protonokszáma
Dr. Seres István
2
[email protected]
Radioaktivitás
Atommag összetétele: Izotópok: azonos rendszám, különböző tömegszám Pl. hidrogén izotópok:
1 1 - normál hidrogén izotóp
H
2 1 - deutérium
FIZIKA
H
3 trícium 1
H
14 C Pl. szén: C12 stabil izotóp, 6 radioaktív izotóp 6 238 235 Pl. urán: U92 , U92 radioaktív izotóp
Dr. Seres István
3
[email protected]
Radioaktivitás
Atommag kötési energia Hélium atommag ( részecske): 2 proton + 2 neutron FIZIKA
Tömeg-deffektus:
m m
(2mp 2mn )
m = 6,6447·10-27 kg, mp = 1,6727·10-27 kg, mn = 1,6749·10-27 kg, Dr. Seres István
4
[email protected]
Radioaktivitás
Atommag kötési energia
tömegdeffektus:
FIZIKA
m m
(2 mp 2 mn ) = -5·10-29 kg
Einstein-féle tömeg-energia ekvivalencia elv: Kötési energia: = mc2 = -5·10-29·(3·108)2 = 4,5·10-12 J = 2,8·107 eV = 28 MeV· (1 eV = 1,6·10-19 J) A látszólag eltűnő tömeg energiává alakul!
Dr. Seres István
5
[email protected]
Radioaktivitás
Atommag kötési energia
FIZIKA
~ 4,5·10-12 J Mennyi energia lenne kinyerhető 1 vödör vízből ha magreakcióval belőle a hidrogént héliummá alakítanánk? M(H2O) = 18 g/mol = 2 g/mol H + 16 g/mol O. A víz tömegének 2/18-ad része, vagyis 1/9-ed része hidrogén. Dr. Seres István
6
[email protected]
Radioaktivitás
FIZIKA
Atommag kötési energia A víz tömegének 2/18-ad része, vagyis 1/9-ed része hidrogén.
1 vödör vízben > 1 kg hidrogén 1 kg H = 1000 mol proton 500 mol p+ + 500 mol n
Dr. Seres István
7
250 mol He
[email protected]
Radioaktivitás
Atommag kötési energia 250 mol He kötési energiája:
FIZIKA
E = N· = 250·6·1023·4,5·10-12 = 6,75·1014 J. 1 kg koksz égéshője: 30 MJ/kg = 3·107 J/kg. 1 vödör víz hidrogénjének fúziós energiája kb. 2,25·107 kg = 22 500 tonna koksz elégetésének megfelelő energiát termel.
Dr. Seres István
8
[email protected]
Radioaktivitás
Atommag fizika Atommag kötési energia: X AZ FIZIKA
m c
2
m X ( Z m p (A Z) m n ) c
2
Fajlagos kötési energia:
Dr. Seres István
A
9
[email protected]
Radioaktivitás
0
-1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9
Dr. Seres István
20
Tömegszám (A) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
fúzió
Fajlagos kötési energia (MeV)
FIZIKA
Atommag fizika
A
bomlás, hasadás
10
[email protected]
Radioaktivitás
Radioaktív bomlás
FIZIKA
dN ~N dt
Radioaktív bomlástörvény
N
N( t )
N0
N0/2
N0 2
t T
T – felezési idő
N0/4 T
Dr. Seres István
2T 11
[email protected]
Radioaktivitás
Radioaktív bomlástörvény
FIZIKA
•Radioaktív kormeghatározás (C14)
http://c14.arch.ox.ac.uk/calibration.php
Fáraók halála, Torínói lepel
•Élőlények anyagcseréjének vizsgálata Dr. Seres István
12
[email protected]
Radioaktivitás
Aktivitás
FIZIKA
Az aktivitás mértéke egyenlő az adott anyagdarabban egy másodperc alatt átlagosan bekövetkező radioaktív bomlások számával.
A
ln 2 N T
Mértékegysége a Bq (Becquerel, ejtsd: bekerel).
Bq Dr. Seres István
bomlás s 13
[email protected]
Radioaktivitás
FIZIKA
Dozimetria Elnyelt dózis: (D) (1 kg tömegben elnyelt sugárzási energia) mértékegysége Gray =J/kg
Dr. Seres István
14
[email protected]
Radioaktivitás
FIZIKA
alfa sugárzás (hélium atommag)
gamma sugárzás (elektromágneses)
béta sugárzás (elektron / pozitron)
Dr. Seres István
15
[email protected]
Radioaktivitás
Dozimetria
FIZIKA
Dózis egyenérték (biológiai dózis) H=D·RBE, ahol RBE= radiobiológiai egyenérték mértékegysége: Sievert Type and Energy Range
Radiation Weighting Factors
X and Gamma rays
1
Electrons
1
Neutrons (energy dependent)
5-20
Protons
5
Alpha Particles
20
Dr. Seres István
16
[email protected]
Radioaktivitás
Dozimetria Háttérsugárzás
FIZIKA
Az átlagos természetes radioaktív háttérsugárzás kb. 1.8 mSv/év. + az emberi tevékenység, - döntő részben az orvosi röntgen átvilágítás és terápia, - még átlagosan 0.4 mSv/év, együtt maximum kb 2,5 mSv/év. A háttérsugárzás legjelentősebb komponensei: •a helyiségben jelenlévő radon (kb. 0.5 mSv/év), •az épületek sugárzása (kb. 0.4 mSv/év), •kozmikus sugárzás, ami felfelé haladva erősen növekszik (0.3 mSv/év), •a bennünk lévő kálium 40 izotóp sugárzása (kb. 0.2 mSv/év) A hivatásszerűen izotópokkal foglalkozók (orvosok, kutatók stb.) a háttérsugárzásnak kb. a 25-szörösét (maximum 50 mSv -et) kaphatják meg évente. Ezt nevezzük dóziskorlátnak. (A lakosságra ez az érték kb. kétszeres háttérsugárzás, vagyis max. 5 mSv/év!)
Dr. Seres István
17
[email protected]
Radioaktivitás
Dozimetria Háttérsugárzás
FIZIKA
Az átlagos természetes radioaktív háttérsugárzás kb. 1.8 mSv/év. + az emberi tevékenység, - döntő részben az orvosi röntgen átvilágítás és terápia, - még átlagosan 0.4 mSv/év, együtt maximum kb 2,5 mSv/év. A háttérsugárzás legjelentősebb komponensei: •a helyiségben jelenlévő radon (kb. 0.5 mSv/év), •az épületek sugárzása (kb. 0.4 mSv/év), •kozmikus sugárzás, ami felfelé haladva erősen növekszik (0.3 mSv/év), •a bennünk lévő kálium 40 izotóp sugárzása (kb. 0.2 mSv/év)
Dr. Seres István
18
[email protected]
Radioaktivitás
FIZIKA
Dozimetria Háttérsugárzás
Dr. Seres István
19
[email protected]
Radioaktivitás
FIZIKA
Dozimetria Háttérsugárzás A hivatásszerűen izotópokkal foglalkozók (orvosok, kutatók stb.) a háttérsugárzásnak kb. a 25-szörösét (maximum 50 mSv -et) kaphatják meg évente. Ezt nevezzük dóziskorlátnak. (A lakosságra ez az érték kb. kétszeres háttérsugárzás, vagyis max. 5 mSv/év!)
Harminc napos félhalálos dózis emberre: LD50/30 = 4 – 5 Sv Dr. Seres István
20
[email protected]
Radioaktivitás
FIZIKA
Külső levegő mintegy Dozimetria A toron járuléka világátlagban Háttérsugárzás Lakások a trópusokon Huzatos szoba radon
Dr. Seres István
8 Bq/m3 3 Bq/m3 20 Bq/m3 30 Bq/m3
Lakások világátlaga
40 Bq/m3
Felére csökkent légcirkuláció
80 Bq/m3
Szellőzetlen szoba
100 Bq/m3
Magyar falusi földszintes lakás
130 Bq/m3
A lakások 2 %-ában több, mint
250 Bq/m3
A lakások 0,02 %-ában több, mint
800 Bq/m3
Pince
250 Bq/m3
Radondús lakás
1000 Bq/m3
Radondús pince
10 000 Bq/m3
Radondús bánya
30 000 Bq/m3
21
[email protected]
Radioaktivitás
FIZIKA
Dozimetria Háttérsugárzás radon
Egyesült Államok
37 Bq/m3
Finnország
90 Bq/m3
Franciaország
62 Bq/m3
Indonézia
12 Bq/m3
Japán
29 Bq/m3
Magyarország
55 Bq/m3
Németország
49 Bq/m3
Svédország Szíria
108 Bq/m3 20 Bq/m3
40 Bq/m3 aktivitáskoncentráció jelent kb. 1 mSv/év dózist. Dr. Seres István
22
[email protected]
Radioaktivitás
FIZIKA
Radioaktív sugárzás detektálása Ködkamra
http://www.ejf.hu/oktkut/kiallitas/Oldalak/Kodkamra/Kodkamra.htm
Dr. Seres István
23
[email protected]
Radioaktivitás
FIZIKA
Radioaktív sugárzás detektálása Ködkamra (paksi atomerőmű látogatóközpont)
http://www.tar.hu/fizfoto/fizfoto7.html
Dr. Seres István
24
[email protected]
Radioaktivitás
Radioaktív sugárzás detektálása
FIZIKA
Filmdoziméter (pl. egészségügyi dolgozók)
www.sulinet.hu/.../Rab/0/11448/radioakt.htm
http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/f/filmdosimeter.htm
Dr. Seres István
25
[email protected]
Radioaktivitás
Radioaktív sugárzás detektálása
FIZIKA
Szcintillációs detektor
http://zope.reaktor.fh-furtwangen.de/portal/human_sciences/alchemie/portal/lectures/gesamttour/spektro/18.html
Dr. Seres István
26
[email protected]
Radioaktivitás
Radioaktív sugárzás detektálása
FIZIKA
Geiger Müller számláló (kísérlet)
http://zope.reaktor.fh-furtwangen.de/portal/human_sciences/alchemie/portal/lectures/gesamttour/geiger/f3.html
Dr. Seres István
27
[email protected]
