promieniowanie jonizujace(1).pdf

Fizjoterapia W5: promieniowanie X i NMR

Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie jonizujące: posiadające energię wystarczającą do joni-

zowania materii.

Jonizacja : wybicie elektronu z atomu (cząsteczki). Energia potrzebna do

wybicia elektronu jest energią jonizacji .

Rodzaje promieniowania jonizującego :

korpuskularne (

, neutronowe etc.)

elektromagnetyczne (

, X)

Powstawanie promieniowania jonizującego :

spontaniczny rozpad jąder atomowych

rozczepienie jąder atomowych

gwałtowna utrata energii rozpędzonych cząstek

Jądro atomowe opisywane jest przez liczbę porządkową (Z) oraz maso-

wą (A). Liczba porządkowa określa ilość protonów w jądrze, liczba ma-

sowa liczbę nukleonów (sumę protonów i neutronów).

Defekt masy : różnica pomiędzy teoretyczną masą jądra (sumą mas pro-

00728

00866

03188

00153

tonów i neutronów) i masą rzeczywistą.

(

)

Defekt masy dla jądra helu:

Defekt masy wynika z przekształcenia części masy składników jądra w

energię wiązania (E w ).

Energia wiązania przypadająca na jeden nukleon nie jest stała dla róż-

E w

nych jąder:

Fizjoterapia W5: promieniowanie X i NMR

Wzrost energii wiązania oznacza jej wydzielanie w danym procesie ją-

drowym, zatem zarówno synteza jak i rozczepienie jąder może być reak-

cją egzoergiczną (dostarczającą energii).

Jądra tego samego pierwiastka (określona liczba Z) mogą się różnić ilo-

ścią neutronów w jądrze (czyli liczbą masową A). Mówimy o istnieniu

różnych izotopów tego samego pierwiastka. Izotopy o jednakowej (w

przybliżeniu) liczbie protonów i neutronów są na ogół stabilne, gdy liczba

neutronów różni się od liczby protonów jądra są na ogół niestabilne i

mogą ulegać rozpadowi.

Promieniotwórczość naturalna : spontaniczny rozpad niestabilnych ją-

der. Procesy rozpadu prowadzą do emisji trzech rodzajów promieniowa-

nia:

Promieniowanie

Cząstki

są jądrami helu, jest to zatem promieniowanie korpuskularne:

→ α

posiadają duże prędkości (≈ 10 7 m/s), niosą dużą energię (kil-

ka MeV), są naładowane dodatnio i dlatego łatwo oddziałują z materią.

Ulegają odchyleniu w polu elektrycznym i magnetycznym. Silne oddzia-

ływanie z materią sprawia, że promieniowanie

jest mało przenikliwe: w

powietrzu jego zasięg wynosi zaledwie kilka centymetrów.

Promieniowanie

są elektronami (negatonami albo pozytonami). Jest to również

promieniowanie korpuskularne:

Elektrony ujemne (negatony) powstają w wyniku przemiany neutronu w

proton:

Elektrony dodatnie (pozytony, antyelektrony) powstają w wyniku prze-

miany protonu w neutron:

β +

posiadają duże prędkości (≈ 0.3x10 8 m/s), ze względu na

mniejszą masę mają mniejszą energię kinetyczną i trochę słabiej od

promieniowania

oddziałują z materią. Ulegają odchyleniu w polu elek-

Cząstki

Fizjoterapia W5: promieniowanie X i NMR

trycznym i magnetycznym. Promieniowanie

jest bardziej przenikliwe niż

(zasięg w powietrzu wynosi kilka metrów).

Promieniowanie

jest falą elektromagnetyczną. W większości przypad-

ków promieniowanie

towarzyszy promieniowaniu

lub

. Po emisji

jądra zostają w stanie wzbudzonym i nadwyżka energii

wypromieniowywana jest z jądra w postaci promieniowania elektroma-

gnetycznego. Promieniowanie

lub

nie posiada ładunku, nie jest więc od-

chylane przez pole elektryczne lub magnetyczne. Słabiej niż

lub

od-

działuje z materią i dlatego jego zasięg jest duży.

Wszystkie rodzaje promieniowania posiadają zdolność do jonizowania

materii i zaczerniania kliszy fotograficznej.

Ponieważ procesy rozpadu jąder zachodzą spontanicznie dla danego

rodzaju jąder istnieje stałe prawdopodobieństwo rozpadu. Dlatego ilość

jąder rozpadających się w jednostce czasu jest proporcjonalna do ilości

jąder danego rodzaju:

Sformułowanie powyższe nosi nazwę prawa rozpadu promienio-

twórczego . Stała rozpadu

charakteryzuje dany rodzaj jąder.

Okres połowicznego rozpadu (T) – czas po którym z początkowej ilości

jąder (N 0 ) pozostaje połowa.

Promieniowanie

cząstek

Fizjoterapia W5: promieniowanie X i NMR

= 0

Jądro powstające w wyniku procesu promieniotwórczego nie musi być

stabilne i może podlegać kolejnym rozpadom. Ciąg jąder leżących na

szlaku przemian nazywamy szeregiem promieniotwórczym. W przyrodzie

występują cztery szeregi promieniotwórcze: uranowy, torowy, aktynowy,

neptunowy.

Sztuczne reakcje jądrowe mają miejsce, gdy jądra atomowe (lub jądra i

cząstki elementarne np. neutrony) zbliżą się na odległość mniejszą niż

10 -15 m. W wyniku reakcji jądrowych powstają nowe jądra oraz cząstki

elementarne. Czynnikiem wywołującym reakcję jądrową może być bom-

bardowanie jąder neutronami lub innymi cząstkami elementarnymi bądź

jądrami.

Reakcje rozczepienia – zachodzą dla jąder ciężkich. Na przykład jądro

uranu bombardowane neutronami rozpada się na jądro strontu, ksenonu

oraz neutrony:

Reakcja łańcuchowa następuje, gdy neutrony uwolnione przez jedno

jądro inicjują rozpad kolejnych jąder.

236

139

Reakcje łańcuchowe wykorzystywane są w reaktorach jądrowych do

produkcji energii.

Reakcje syntezy – zachodzą dla jąder lekkich. Na przykład połączenie

jąder deuteru i trytu daje jądro helu oraz neutron:

Ze względu na to, że w reakcjach syntezy wydziela się bardzo duża ilość

energii reakcje te nie są do tej pory kontrolowane i nie mogą być wyko-

rzystane przy produkcji energii.

MeV

Aktywność promieniotwórcza (A) – szybkość rozpadu jąder danego

rodzaju (dN/dt). Jednostką aktywności promieniotwórczej jest bekerel

[Bq] (s -1 ). Aktywność promieniotwórcza próbki maleje ze względu na

zmniejszającą się ilość jąder danego rodzaju.

235

Fizjoterapia W5: promieniowanie X i NMR

Promieniowanie rentgenowskie

Promieniowanie rentgenowskie powstaje na skutek gwałtownego odda-

wania energii kinetycznej przez silnie rozpędzone elektrony. Aby mogło

powstać promieniowanie rentgenowskie elektrony powinny posiadać

energię większą niż 20 keV.

Promieniowanie charakterystyczne – powstaje gdy elektrony bombar-

dujące dany materiał wybijają elektrony z wewnętrznych powłok atomów

tego materiału. Przejścia elektronów z wyższych powłok na wolne miej-

sca związane jest z emisją kwantów promieniowania elektromagnetycz-

nego. Ponieważ energie na poszczególnych orbitach są skwantowane

emitowane są fale o ściśle określonych częstotliwościach (długościach

fali) charakteryzujących rodzaj bombardowanego materiału.

Promieniowanie ciągłe (hamowania) – powstaje gdy elektrony są wy-

hamowywane w pobliżu jąder atomowych. Ponieważ w procesie hamo-

wania oddawane mogą być różne ilości energii więc promieniowanie

hamowania ma widmo ciągłe.

Krótkofalowa granica widma – największa energia jaką może oddać

elektron w procesie pojedynczego hamowania co najwyżej może być

równa jego początkowej energii kinetycznej. Energii tej odpowiada naj-

mniejsza długość fali w widmie ciągłym, czyli krótkofalowa granica wid-

ma.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: