Dozymetria cd.

Rozkład promieniotwórczy: spontaniczna, samorzutna emisja energii z jąder atomowych w postaci cząstek materii o określonej energii kinetycznej (alfa, beta) lub fotonów promieniowania elektromagnetycznego (gamma, X).

Promieniowanie jonizujące (PJ) można wykrywać jedynie metodami pośrednimi (nie można policzyć cząstek). Detektory PJ rejestrują zmiany energii promieniowania na formę mierzalną w formie:

• reakcji chemicznej;
• światła;
• prądu elektrycznego;
• ciepła.

Promieniowanie (rozkład promieniotwórczy) alfa (korpuskularne).

Emisja z jądra atomu strumienia cząstek alfa, składających się z 2 protonów i dwóch neutronów (charakterystycznych dla jądra helu). Po wyemitowaniu cząstek z jądra zmienia się liczba atomowa pierwiastek (zmienia on swe właściwości przysuwając się w układzie okresowym o dwa miejsca w lewo), liczba masowa zmienia się również o 4 jednostki.

Promieniowanie (rozkład promieniotwórczy) beta.

Dwa rodzaje: beta^(-) i beta⁽⁺⁾.

Emisja z jądra strumienia szybkich elektronów (beta^(-)) lub pozytonów (beta⁽⁺⁾). Ponieważ w skład jądra atomu wchodzą tylko protony i neutrony, wobec tego emitowane cząstki beta pochodzić mogą jedynie z rozpadu protonu i neutronu.

Promieniowanie (rozpad) beta^(-) jest przemianą neutronu w proton poprzez emisję cząsteczki zwanej bozonem pośredniczącym W^(-). która rozpada się na elektron i antyneutrino bez ładunku elektrycznego ⁽⁰⁾ - następuje emisja strumienia elektronów – promieniowanie beta^(-).

Promieniowanie (rozpad) beta⁽⁺⁾ jest przemianą protonu w neutron poprzez emisję cząsteczki zwanej bozonem pośredniczącym W⁽⁺⁾. która rozpada się na pozyton i neutrino bez ładunku elektrycznego ⁽⁰⁾ - następuje emisja strumienia pozytonów – promieniowanie beta⁽⁺⁾.

Bozon W - cząstka elementarna wymieniana w reakcjach rozpadu przez np. elektrony lub neutrina lub ich antycząstki – pozytony lub antyneutrina. Występuje w dwóch postaciach: W⁽⁺⁾ i W^(-). Obie postacie mają ten sam spin (własny moment pędu cząsteczki) równy 1 oraz równą masę, różnią się tylko ładunkiem elektrycznym.

Antycząstka – odpowiednik cząstki elementarnej posiadający ten sam spin, masę, czas życia, ale przeciwny ładunek elektryczny np. elektron (-) i pozyton (+).

Neutrio (neutrino) – cząstka elementarna pozbawiona ładunku elektrycznego, o spinie połówkowym (1/2) i lewoskrętnym kierunku spinu.

Antyneutrio (antyneutrino) – cząstka elementarna pozbawiona ładunku elektrycznego, o spinie połówkowym (1/2) i prawoskrętnym kierunku spinu.

Promieniowanie gamma.

Nie występuje samoistnie lecz jako następujące po promieniowaniu korpuskularnym - głównie beta^(-).

Polega na emisji wysokoenergetycznych fotonów czyli fal elektromagnetycznych. Natura tych fal jest taka sama jak natura światła i promieni X.

Źródła promieniowania gamma:

• reakcja jądrowa – jądra atomowe izotopów promieniotwórczych po rozpadzie znajdują się w stanie wzbudzonym, powrót do stanu podstawowego o niższej energii powoduje emisję fotonu gamma;
• nukleosynteza (fuzja jądrowa) – dwa jądra atomowe zderzają się tworząc nowe jądro w stanie wzbudzonym, jego przejściu do stanu podstawowego może towarzyszyć emisja jednego lub wielu kwantów gamma;
• anihilacja – zderzenie cząstki i antycząstki (np. elektronu i pozytonu), powoduje zniknięcie obu cząstek i emisję co najmniej dwóch fotonów promieniowania gamma;
• odwrotne rozpraszanie Comptona – wysokoenergetyczne elektrony mogą zderzać się z niskoenergetycznymi fotonami (np. promieniowania tła) i przekazywać im energię zmieniając je w kwanty gamma;
• promieniowanie hamowania i promieniowanie synchrotronowe – wysokoenergetyczne cząstki naładowane (najczęściej elektrony) poruszając się w silnym polu elektrycznym (np. jąder atomowych) lub polu magnetycznym, mogą emitować fotony promieniowania gamma;
• rozpad cząstek elementarnych – fotony gamma mogą być produktami rozpadu wielu nietrwałych cząstek elementarnych (np. neutralny pion rozpada się najczęściej na dwa fotony).

Przenikliwość promieniowania - zdolność przechodzenia (przenikania) przez materię.

Przenikliwość promieniowania alfa

Cząstki alfa są zatrzymywane już przez cienką warstwę papieru lub warstwy skóry (naskórek), nie są więc niebezpieczne – pod warunkiem, że nie dostaną się do wnętrza organizmu (np. fizjologicznie: oddechowo, pokarmowo; niefizjologicznie: przez otwarte rany). Jeśli wnikną do organizmu stają się wyjątkowo niebezpieczne, gdyż wydzielają bardzo dużą energię niszcząc komórki.

Przenikliwość promieniowania beta.

Cząsteczki beta mogą przenikać do kilku cm w głąb tkanki, lecz ich szkodliwość biologiczna jest niewielka gdyż wydzielają niewiele energii.

Przenikliwość promieniowania gamma.

Bardzo przenikliwe, bez trudu przenika ciało ludzkie a także warstwy betonu, może być zatrzymane przez grubą warstwę ołowiu, jego skuteczność biologiczna jest taka sama jak promieniowania beta (niewiele energii).

W jednakowych warunkach badawczych działanie wymienionych trzech promieniowań pod względem szkodliwości dla zdrowia posiada następujące cechy:

• alfa działa 20x skuteczniej (szkodliwiej) od beta i gamma;
• zasięg działania w ciele ludzkim jest największy dla promieniowania gamma;
• wszystkie trzy typy są bardzo niebezpieczne.

Długotrwałe lub silne napromieniowanie ciała ludzkiego cząstkami beta prowadzi do podobnych uszkodzeń jak od promieni alfa.

Przykład: Stront 90St jako emiter promieniowania beta rozprzestrzeniał się z wiatrem po katastrofie w Czarnobylu nad całą Europą jest mylony przez organizm z wapniem i wbudowywany w kości – co prowadzi do uszkodzeń szpiku i białaczki.

Wrażliwość i odpowiedź reaktywna organizmu na promieniowanie jest bardzo różna, indywidualna i zależy przede wszystkim od:

• wieku (wrażliwsze są dzieci);
• ogólnego stanu zdrowia;
• współdziałających czynników zewnętrznych (np. temperatury, ciśnienia atmosferycznego).

Promieniowania: alfa, beta, gamma można rozdzielić używając pola magnetycznego. Cząsteczki alfa i beta mają przeciwne ładunki – odchylają się w przeciwne strony. Promienie gamma nie przenoszą ładunku więc nie są odchylane.