Základy radiačnej chémie

1. Základy radiačnej chémie Roman Jakubčo 3.D

2. Štruktúra atómu • Názor, podľa ktorého látková forma hmoty je súbor molekúl a atómov sa všeobecne prijal až koncom 18. storočia. • Objav prírodnej rádioaktivity a neskôr umelej premeny prvkov si vynútil zásadnú revíziu vtedajších názorov o stavbe atómov. • Experimenty potvrdili predpoklad, že atóm nie je jedinou časticou, ale súborom častíc. • Vytvoril sa preto nukleárny model atómu, podľa ktorého sa atóm skladá: • z rozmerovo malého, elektricky kladne nabitého jadra • z obalu, elektricky záporne nabitých častíc - elektrónov, ktoré obklopujú atómové jadro

3. Atómovéjadro • Atómové jadro je centrálna časť atómu • Je to kvantovo-mechanická sústava jadrových častíc – nukleónov • Nukleóny sú v jadre navzájom viazané vnútrojadrovými silami • Základnými formami nukleónov sú elektricky kladne nabité protóny a elektricky neutrálne neutróny • Nuklid je označenie druhu atómov definovaných určitým zložením a štruktúrou jadra • Polomer atómového jadra má hodnotu okolo 10-15 m a jeho hodnota len veľmi nepatrne závisí od prvku

4. Charakteristika a druhy nuklidov • Vlastnosti nuklidov určuje počet, druh a vzájomné zoskupenie nukleónov v atómovom jadre • Charakteristika nuklidu sa udáva pomocou: • protónového čísla (Z) • nukleónového čísla (A) • neutrónového čísla (N) • izotopového čísla (I)

5. v atómovom jadre platí vzťah: A = Z + N • Symbolika nuklidov je založená na ich charakterizovaní pomocou protónového a nukleónového čísla

6. Nuklidy sa rozdeľujú na: • stabilné • rádioaktívne • labilné • metastabilné • Stabilitu atómového jadra určuje pomer počtu jeho neutrónov k počtu protónov • Pri ľahkých prvkoch je tento pomer blízky jednotke a so stúpajúcim protónovým číslom prvku sa posúva v prospech neutrónov • Oblasť stálych atómových jadier je pomerne úzka. • Atómové jadrá s väčším relatívnym nadbytkom protónov alebo neutrónov sú nestále

7. Jadrové žiarenie • Takmer každý dej jadrovej premeny je spojený s vysielaním častíc alebo fotónov z atómového jadra. • Má pôvod v atómovom jadre a všeobecne sa nazýva jadrovým žiarením. • Rádioaktívne ( alfa-, beta-, gama- ) žiarenie • K druhom jadrového žiarenia patrí okrem rádioaktívneho žiarenia ďalej: • deuteronové žiarenie • neutrónové žiarenie • protónové žiarenie

8. Jadrové žiarenie sa môže klasifikovať aj z hľadiska jeho charakteru na: • korpuskulárne • elektromagnetické • Podľa hmotnosti častice sa rozdeľuje korpuskulárne žiarenie na: • ľahké- negatróny, pozitróny • stredné - protóny, neutróny, deuteróny, alfa-častice • ťažké - urýchlené ióny a štiepne jadrové trosky • Elektromagnetické žiarenie je zastúpené gama-žiarením

9. Alfa - žiarenie • Ťažké atómové jadrá ( A > 170 ) sú nestále a emitujú častice alfa. • Alfa častica je vlastne atómové jadro hélia, má teda dva kladné náboje. • Odchyľuje v silnom elektrickom a magnetickom poli. • Dosah žiarenia a pohybuje sa od 1 cm do 10 cm.

10. Beta - žiarenie • Je charakterizované emisiou negatrónu alebo pozitrónu z atómového jadra, prípadne zachytením elektrónu jadrom v spojitosti so stabilizáciou nuklidu • Nastáva vtedy, keď je relatívny nadbytok neutrónov, čiže nedostatok kladného náboja v jadre, alebo relatívny nadbytok protónov, teda nadbytok kladného náboja jadra • Jadro môže dosiahnuť vyšší stupeň stability vnútorným preskupením svojich nukleónov • Preskupenie sa môže približne vysvetliť vzájomnou premenou nukleónov - prechodom neutrónového stavu na protónový stav

11. negatrónová premena: n  p + e- • pozitrónová premena: p  n + e+ Vzájomná vnútrojadrovánukleónová premena má ešte jeden variant • zachytenie elektrónu: p + e-  n

12. Pohybuje sa takmer rýchlosťou svetla. • Má nižšiu ionizačnú energiu ako žiarenie alfa, častice sa vyznačujú doletom: • niekoľko decimetrov (podľa energie), vo vzduchu • niekoľko milimetrov v  tkanive • zastavuje ich tenká kovová vrstva. • Pre živý organizmus je nebezpečné pri vnútornej kontaminácii a pri ožiarení pokožky

13. Gama - žiarenie • Atómové jadro sa zbavuje zvýšku energie vyslaním elektromagnetického žiarenia, ktorého energia zodpovedá práve rozdielu dvoch energetických hladín • Energetické kvantá tohto elektromagnetického žiarenia sa nazývajú gama-fotóny a žiarenia gama-žiarenie. • Gama-fotón sa vyžiari takmer súčasne s jeho alfa alebo beta-premenou • V elektrickom poli sa žiarenie gama nevychyľuje a môže prenikať v závislosti od svojej energie aj niekoľko dm hrubými kovovými platňami. • Na jeho zachytenie sú najvhodnejšie ťažké kovy (Pb) a tiež betón

15. Radiačné veličiny a jednotky • Aktivita- vyjadruje podiel stredného počtu rádioaktívnych premien a časového intervalu. • Jednotkou je počet jadrových rozpadov za sekundu Becquerel (Bq). • Používa v rôznych variáciách v závislosti od posudzovania aktivity: • hmotnosti latky (Merná aktivita - Bq / kg) • objemu latky (Objemová aktivita - Bq / m3 ) • plochy (Plošná aktivita - Bq / m2) • Aktivita rádionuklidu A(t) klesá s časom t podľaexponencialného zákona: • a veličina ln2/ λ sa nazýva čas polpremeny T1/2 rádioaktívneho nuklidu

16. Základnou jednotkou popísujúcou účinok žiarenia je dávka D - Gray [Gy]. • dávkový ekvivalent H - Sievert[Sv]. • Dávkový ekvivalent je súčin dávky a akostných faktorov žiarenia H = D .Q .N [Sv] • efektívny dávkový ekvivalent Hef - Sievert [Sv] Hef = H .wT [Sv] • Preprácu v prostredíionizujúcehožiareniasúdôležité údaje o intenzitežiarenia • Pretoboli zavedené veličiny dávkový príkon (Gray/sekunda - Gy.s-1) a príkon dávkového ekvivalentu (Sievert/sekunda - Sv.s-1)

17. exa E 1018 • peta P 1015 • terra T 1012 • giga G 109 • mega M 106 • kilo k 103 • mili m 10-3 • mikro 10-6 • nano n 10-9 • piko p 10-12 • femto f 10-15 • atto a 10-18

18. Prírodná rádioaktivita • Prírodné rádionuklidy, ktoré sa nachádzajú v našom životnom prostredí môžeme podľa pôvodu rozdeliť do troch skupín: • kozmogénnerádionuklidy (14C, 3H, 7Be, 22Na ), • primordiálne(pôvodné) rádionuklidy (238U, 235U, 232Th, 40K, 87Rb ) • sekundárne rádionuklidy, vznikajúce z primordiálnychrádionuklidov, ktoré tvoria premenové rady. • Posledné dve skupiny sú terestriálne. • Ak sa mení rádionuklid na ďalší rádionuklid, potom sa prvý z nich nazýva materským a druhý dcérskym

19. Obr.1 – Uránový rad

20. Všetky nuklidy so Z > 83 sú rádioaktívne • Sú to 232Th,235U, 238U a v stopových množstvách 244Pu. • Ich alfa, beta a gama aktivita tvorí najvýznamnejšiu zložku rádioaktivity prírodného pozadia. • 226Ra sa nachádza vo všetkých horninách • Členmi premenových radov sú aj izotopy radónu,219Rn, 220Rn a 222Rn • Vzhľadom na svoj čas polpremeny je najvýznamnejší 222Rn, ktorý sa dostáva aj do vyšších vrstiev atmosféry. • Jeho dlhožijúce produkty premeny 210Pb,ako aj 210Bi a 210Po sa ako dôsledok difúzie nachádzajú vo všetkých rezervoároch prírodného pozadia.

21. V oblasti Z ‹ 83 z hľadiska rádioaktivity prírodného prostredia je najvýznamnejším rádionuklidom40K. • 40K predstavuje dôležitú zložku prírodnej rádioaktivity zemskej kôry a vôd oceánov. • K dávke človeka z prírodného pozadia prispieva taktiež ľudská činnosť. • Prírodné rádionuklidy sa nachádzajúce v zemskej kôre. Našli si cestu k človeku spaľovaním uhlia a iných fosílnych palív, hnojív obsahujúce fosfáty, stavebný materiál.

22. Záver • Zo zistených údajov teda vyplýva, že ionizujúce žiarenie a rádioaktívne látky sú neoddeliteľnou zložkou nášho životného prostredia. • Žiareniu sme neustále vystavení s mizivou možnosťou ho obmedziť. • Priemerná dávka z prírodného pozadia sa pohybuje medzi 2-3 mSv.r-1. • Berúc do úvahy uvedené zdroje medzinárodne doporučený limit je 5 mSv.rok-1na obyvateľa. • Jeho prekročenie za normálnych podmienok je prakticky nemysliteľné.

23. Ďakujem za pozornosť