CURS 12CURS 12

ELEMENTE DE FIZICA NUCLEARA, RADIATII ELEMENTE DE FIZICA NUCLEARA, RADIATII NUCLEARENUCLEARE

I.I. FisiuneaFisiunea sisi fuziuneafuziunea nuclearanucleara

I.1.1 I.1.1 FisiuneaFisiunea nuclearanuclearaNucleeleNucleele grelegrele au au tendintatendinta de a de a eliminaelimina o parte din o parte din nucleoninucleoni, , transformandutransformandu--se in se in nucleenuclee maimai stabile cu stabile cu energieenergie de de legaturalegatura pepe nucleon nucleon maimai mica.mica.

ProceseleProcesele prinprin care care nucleelenucleele grelegrele isiisi marescmaresc energiaenergia de de legaturalegatura pepe nucleon nucleon suntsunt dezintegrareadezintegrarea αα sisi fisiuneafisiunea nuclearanucleara..

In In procesulprocesul de de dezintegraredezintegrare αα nucleelenucleele grelegrele expulzeazaexpulzeaza un un nucleunucleu de de iariarnucleelenucleele care emit care emit particuleparticule αα formeazaformeaza lanturilanturi de de nucleenuclee a a carorcaror masamasa scadescadecu cu catecate 4 4 u.a.mu.a.m ((unitatiunitati atomiceatomice de de masamasa) ) panapana candcand se se ajungeajunge la un la un nucleunucleustabilstabil de de masamasa multmult maimai mica.mica.

He42

PbHePo 20682

42

21084 +→

Po21084 Pb206

82

Fig.1 Fig.1 DezintegrareaDezintegrarea αα a a nucleuluinucleului de de Po21084

BilantulBilantul energetic al energetic al procesuluiprocesuluide de dezintegraredezintegrare a in a in cazulcazulnucleuluinucleului de :de :

2)( 21084

20682

42

cMMMWPoPbHe

⋅−+=Δ (1)(1)Po210

84

ΔΔW=(205.97446+4.002604W=(205.97446+4.002604--209.98287)*931 209.98287)*931 eVeV= = --5.4 5.4 eVeV

BilantulBilantul fiindfiind negativnegativ=> => nucleulnucleul de Po de Po esteesteinstabilinstabil in in raportraport cu cu dezintegrareadezintegrarea αα..

Obs.: Obs.: energiaenergia rezultatarezultata in in urmaurma dezintegrariidezintegrarii a a esteeste preluatapreluata de de particuleleparticulele rezultaterezultate sub sub forma de forma de energieenergie cineticacinetica..

I.1.2 I.1.2 FisiuneaFisiunea stimulatastimulataFisiuneaFisiunea nuclearanucleara stimulatastimulata a a fostfost descoperitadescoperita de de catrecatre O. Hahn O. Hahn sisi F. F. StrassmanStrassman in 1939.in 1939.ReactiaReactia esteeste produsaprodusa de de capturacaptura unuiunui neutron lent de neutron lent de catrecatre nucleulnucleul de de uraniuuraniu

nKrBaUUn 10

8936

14456

23692

23592

10 3++→→+

U23592

NucleeleNucleele de de sisi respectivrespectiv suntsunt instabileinstabile datoritadatorita surplusuluisurplusului de de neutronineutroni, , transformandutransformandu--se se prinprin dezintegraridezintegrari succesivesuccesive..

ReactiaReactia esteeste exoenergeticaexoenergetica, , degajandudegajandu--se se ≈≈ 200 200 MeVdinMeVdin care care ceacea maimai mare parte mare parte esteestepreluatapreluata de de catrecatre elementeleelementele de de fisiunefisiune..

DatoritaDatorita cantitatiicantitatii mare de mare de energieenergie degajatadegajata aceastaaceasta reactiereactie esteeste foartefoarte importantaimportanta din din punctpunct de de vederevedere energetic. energetic. PentruPentru ca ca aceastaaceasta reactiereactie sasa se se autointretinaautointretina se se impuneimpune ca ca neutroniineutronii realizatirealizati in in timpultimpul reactieireactiei sasa fie fie incetinitiincetiniti sisi utilizatiutilizati in in noinoi reactiireactii de de fisiunefisiune((probabilitateaprobabilitatea de de capturacaptura a a neutronilorneutronilor de de catrecatre nucleelenucleele de de uraniuuraniu esteeste cu cu atatatat maimai mare cu mare cu cat cat vitezaviteza acestoraacestora esteeste maimai mica).mica).

ReactiaReactia in in lantlant: : neutroniineutronii de de reactiereactie suntsunt incetinitiincetiniti cu un cu un mediumediu moderator format din moderator format din nucleenuclee usoareusoare care care preiaupreiau prinprin ciocnireciocnire o parte din o parte din energiaenergia cineticacinetica a a neutronilorneutronilor de de fisiunefisiune. . Ca Ca moderatorimoderatori se se utilizeazautilizeaza apaapa, , apaapa greagrea, , grafitulgrafitul sausau beriliulberiliul. .

Ba14456 Kr89

36

Otto Hahn (1879Otto Hahn (1879--1968) 1968) fizicianfizician sisi chimistchimist german,laureatgerman,laureat al al PremiuluiPremiului Nobel, Nobel, pionerpioner in in domeniuldomeniul radioactivitatiiradioactivitatii sisi radiochimieiradiochimiei ((parinteleparintele chimieichimiei nuclearenucleare).).

FredrichFredrich Wilhelm Wilhelm StrassmanStrassman (1902(1902--1980) 1980) chimistchimist germangerman..

O O altaalta conditieconditie pentrupentru intretinereaintretinerea reactieireactiei esteeste ca ca neutroniineutronii sasa nu se nu se piardapiarda prinprin altealteproceseprocese. . CelCel maimai important important procesproces de de pierderepierdere esteeste capturacaptura neutronilorneutronilor de de catrecatre nucleelenucleele de de catrecatre nucleelenucleele dede ..U238

92 γ+→+ UUn 23992

23892

10

NeutroniiNeutronii pot pot fifi captaticaptati sisi de de nucleelenucleele moderatoruluimoderatorului. . DatoritaDatorita proceselorproceselor prinprin care se care se pierdpierdneutronineutroni, , intretinereaintretinerea reactieireactiei in in lantlant se se poatepoate face face doardoar dacadaca masamasa combustibiluluicombustibilului de de uraniuuraniuesteeste suficientsuficient de mare (de mare (maimai mare mare decatdecat o o valoarevaloare critcacritca numitanumita masamasa criticacritica).).

ReactorulReactorul nuclearnuclear

Este un Este un sistemsistem controlatcontrolat in care se produce in care se produce fisiunefisiune stimulatastimulata iariar energiaenergia produsaprodusa esteestefolositafolosita la la ridicarearidicarea temperaturiitemperaturii unuiunui agent agent termictermic. . PrinPrin racirearacirea agentuluiagentului termictermic se se poatepoateobtineobtine lucrulucru mecanicmecanic sausau se se poatepoate face transfer de face transfer de calduracaldura..

Fig.2Fig.2

••MaterialulMaterialul fisionabilfisionabil esteeste uraniuluraniul natural natural imbogatitimbogatit cu cu pentrupentru a a marimari probabilitateaprobabilitatea proceselorproceselor de de fisiunefisiune..

••ModeratorulModeratorul esteeste format din format din apaapa, , apaapa greagrea sausau grafitgrafit..

••FluidulFluidul de de racireracire esteeste folositfolosit pentrupentru racirearacirea zoneizonei active a active a reactoruluireactorului care care se se incalzesteincalzeste foartefoarte multmult datoritadatorita reactiilorreactiilor exoenergeticeexoenergetice de de fisiunefisiune..

••BareleBarele de control de control suntsunt confectionateconfectionate din din materialemateriale care absorb cu care absorb cu probabilitateprobabilitate mare mare neutroniineutronii (B, (B, CdCd). ). BareleBarele pot pot fifi introduseintroduse in in zonazona activaactivapentrupentru a a controlacontrola reactiareactia in in lantlant..

••Un Un stratstrat de material de material reflectatorreflectator inconjoarainconjoara reactorulreactorul pentrupentru a a readucereaduceneutroniineutronii in in procesulprocesul de de fisiunefisiune..

••PentruPentru a reduce a reduce scaparilescaparile de de radiatiiradiatii g din g din interiorulinteriorul reactoruluireactorului, , acestaacestaesteeste inconjuratinconjurat cu un cu un stratstrat grosgros de de betonbeton. .

U23592

I.2 I.2 FuziuneaFuziunea nuclearanuclearaFuziuneaFuziunea nuclearanucleara reprezintareprezinta procesulprocesul de de unireunire a a douadoua nucleenuclee usoareusoare

pentrupentru a forma un a forma un nucleunucleu maimai greugreu..

ObservatieObservatie: :

••ProcesulProcesul de de fuziunefuziune nuclearanucleara nu se nu se realizeazarealizeaza in mod in mod spontanspontan in in conditiiconditiinaturalenaturale din din cauzacauza fortelorfortelor electrostaticeelectrostatice de de respingererespingere marimari dintredintre nucleelenucleeleincarcateincarcate cu cu sarcinasarcina electricaelectrica pozitivapozitiva. .

••ProceseleProcesele de de fuziunefuziune nuclearanucleara au loc la au loc la temperaturitemperaturi foartefoarte inalteinalte sisi suntsunt sursasursaenergieienergiei solaresolare..

Fig.3 Fig.3 FuziuneaFuziunea nuclearanucleara dintredintrenucleelenucleele de de deuteriudeuteriu sisi tritiutritiu

H21

H31

He42

HenHH 42

10

31

21 +→+

ExempluExemplu: : fuziuneafuziunea dintredintre nucleelenucleele de de deuteriudeuteriusisi tritiutritiu ((bombabomba cu cu hidrogenhidrogen))

BilantulBilantul energetic in energetic in procesulprocesul de de fuziunefuziune::

( ) 231

21

42

10

cmmmmWHHHen

⋅−−+=Δ

ΔΔW=(4.002604+1.008665W=(4.002604+1.008665--2.0141022.014102--3.016049)*931=3.016049)*931=--17.58 17.58 MeVMeV

(2)(2)

Obs.: Obs.: neutronulneutronul sisi nucleulnucleul de He de He vorvor preluapreluaenergiaenergia rezultatarezultata in in urmaurma reactieireactiei de de fuziunefuziunesun forma de sun forma de energieenergie cineticacinetica..

II. II. RadiatiiRadiatii nuclearenucleareRadiatiileRadiatiile nuclearenucleare suntsunt formateformate din din particuleparticule nuclearenucleare ((protoniprotoni, ,

neutronineutroni, e, e--, e, e++, , γγ, , nucleenuclee atomiceatomice (ex. (ex. deuteriudeuteriu, , heliuheliu)) )) emiseemise de de nucleelenucleeleinstabileinstabile..

RadiatiileRadiatiile nuclearenucleare se se obtinobtin prinprin accelerareaaccelerarea particulelorparticulelor nuclearenuclearesausau din din dezintegrareadezintegrarea nucleelornucleelor radioactive.radioactive.

RadioactivitateaRadioactivitatea esteeste definitadefinita ca ca fiindfiind procesulprocesul spontanspontan de de dezintegraredezintegrare a a unuiunui nucleunucleu instabilinstabil sisi emisiaemisia de de radiatiiradiatii nuclearenucleare..

StabilitateaStabilitatea unuiunui nucleunucleu esteeste data de data de numarulnumarul de de nucleoninucleoni din care din care esteeste alcatuitalcatuit sisi raportulraportul dintredintre numarulnumarul de de protoniprotoni sisi neutronineutroni..

PentruPentru nucleelenucleele usoareusoare un un numarnumar aproximativaproximativ egalegal de de protoniprotoni sisineutronineutroni esteeste necesarnecesar pentrupentru stabilitateastabilitatea acestoraacestora..

PentruPentru nucleelenucleele grelegrele raportulraportul dintredintre numarulnumarul de de neutronineutroni sisiprotoniprotoni crestecreste iariar nucleelenucleele se se indeparteazaindeparteaza de de stareastarea de de echilibruechilibru. In . In aceastaaceasta situatiesituatie, in , in nucleelenucleele grelegrele se se vorvor produce produce modificarimodificari care care vorvor tindetindesasa aducaaduca nucleulnucleul intrintr--oo stare stare maimai stabilastabila. . StabilizareaStabilizarea nucleelornucleelor grelegrele se se poatepoate face face prinprin unulunul din din celecele treitrei modurimoduri de de dezintegraredezintegrare radioactive.radioactive.

II.1 II.1 ModuriModuri de de dezintegraredezintegrare radioactivaradioactiva

II.1.1 II.1.1 DezintegrareaDezintegrarea ααDezintegrareaDezintegrarea αα are loc cu are loc cu emisiaemisia de de particuleparticule αα ( ).( ).

Un Un nucleunucleu poatepoate fifi stabilstabil in in raportraport cu cu emisiaemisia uneiunei particuleparticule αα dacadaca energiaenergiade de legaturalegatura a a particuleiparticulei a in a in nucleunucleu esteeste pozitivapozitiva ((WWαα

legleg>0) >0) sausau instabilinstabil dacadacaWWαα

legleg<0.<0.

He42

ConsideramConsideram un un procesproces de de dezintegraredezintegrare radioactivaradioactiva αα in care in care nucleulnucleul N N emiteemite o o particulaparticula αα sisi in in urmaurma dezintegrariidezintegrarii rezultarezulta nucleulnucleul X:X:

N → α+X (3)(3)EnergiaEnergia de de legaturalegatura a a particuleiparticulei αα in in nucleulnucleul N N esteeste::

NXleg WWWW −+= αα

(4)(4)

NucleulNucleul esteeste instabilinstabil in in raportraport cu cu dezintegrareadezintegrarea a a dacadaca WWααllegeg<0 !!! <0 !!! sausau::

WWNN>>WWαα+W+WXX (5)(5)

DezintegrareaDezintegrarea αα esteeste specificaspecifica nucleelornucleelor grelegrele (Z>82) (Z>82) sisi care nu o care nu o configuratieconfiguratie stabilastabila a a numaruluinumarului de de protoniprotoni sisi neutronineutroni. . AcesteAceste nucleenuclee grelegrele vorvortindetinde sprespre o o configuratieconfiguratie stabilastabila prinprin emisiaemisia uneiunei particuleparticule αα sausau printrprintr--oo serieserie de de emisiiemisii de de particuleparticule αα..

dezintegraredezintegrare αα

Fig.4 Fig.4 DezintegrareaDezintegrarea αα a a nucleuluinucleului de de seaborgiuseaborgiu ((seabrgiumseabrgium))SeaborgiuSeaborgiu esteeste un element un element sinteticsintetic. . RutherfordiuRutherfordiu esteeste tot un element tot un element

sinteticsintetic sisi radioactivradioactiv..

II.1.2 II.1.2 DezintegrareaDezintegrarea ββExperimental se Experimental se constataconstata ca ca uneleunele nucleenuclee pot pot emiteemite spontanspontan electronielectroni sausau

pozitronipozitroni. . RadiatiaRadiatia electronicaelectronica se se numestenumeste radiatieradiatie ββ-- iariar radiatiaradiatia pozitronicapozitronica se se numestenumeste radiatieradiatie ββ++..

DezintegrareaDezintegrarea ββ--::

DacaDaca raportulraportul dintredintre numarulnumarul de de neutronineutroni sisi respectivrespectiv numarulnumarul de de protoniprotoniesteeste preaprea mare, un neutron din mare, un neutron din nucleunucleu se se vava ““transformatransforma”” in proton in proton iariar nucleulnucleul vavaeliberaelibera un electron:un electron:

(6)(6)

DezintegrareaDezintegrarea b+:b+:

DacaDaca raportulraportul dintredintre numarulnumarul de de neutronineutroni sisi protoniprotoni esteeste preaprea micmic, , nucleulnucleulvava emiteemite un un pozitronpozitron (e(e++) in ) in urmaurma transformariitransformarii unuiunui proton proton intrintr--un neutron. un neutron. RadiatiaRadiatia formataformata din din pozitronipozitroni poartapoarta denumireadenumirea de de radiatieradiatie ββ++..

dezintegraredezintegrare ββ--

dezintegraredezintegrare ββ++

Fig.5 Fig.5 DezintegrareaDezintegrarea ββ−− sisi ββ++

ParticuleleParticulele νν sisi νν poartapoartadenumireadenumirea de neutrino de neutrino sisi respectivrespectivantineutrino.antineutrino.

Neutrino Neutrino suntsunt particuleparticule cu cu masamasa de de repausrepaus nulanula, , suntsunt neutreneutre din din punctpunct de de vederevedere electric electric sisi se pot se pot deplasadeplasa cu cu vitezeviteze apropiateapropiate de de vitezavitezaluminiiluminii. . EleEle pot pot traversatraversa foartefoarte facilfacilsubstantasubstanta ((materiamateria obisnuitaobisnuita) ) sisi suntsuntextremextrem de de dificildificil de de detectatdetectat..

II.1.3 II.1.3 CapturaCaptura de de electronielectroniIn In acestacest procesproces un electron un electron esteeste captatdecaptatde un un nucleunucleu iariar in in urmaurma acesteiacestei

capturicapturi un proton se un proton se vava transformatransforma intrintr--un neutron. un neutron. AcestAcest procesproces esteeste specficspecficnucleelornucleelor cu un cu un numarnumar mare de mare de protoniprotoni sisi din din punctpunct de de vederevedere al al stabilitatiistabilitatiinucleuluinucleului, , procesulprocesul esteeste similar cu similar cu celcel de de emitereemitere de de radiatiiradiatii ββ++..

(7)(7)

~

II.1.4 II.1.4 EmisiaEmisia de de radiatiiradiatii γγRadiatiileRadiatiile γγ suntsunt radiatiiradiatii electromagneticeelectromagnetice de de frecventafrecventa inaltainalta ((energieenergie

mare). Este mare). Este emisaemisa de de nucleelenucleele aflateaflate intrintr--oo stare stare metastabilametastabila sisi care care trectrec in in stareastareafundamentalafundamentala prinprin emisiaemisia unuiunui fotonfoton γγ. .

Fig.6 Fig.6 DezintegrareaDezintegrarea γγ

DezintegrareaDezintegrarea γγ poatepoate apareaparein in urmaurma uneiunei dezintegraridezintegrari αα sausau β β sausauin in exploziileexploziile nuclearenucleare. . RadiatiileRadiatiile γγsuntsunt forma forma ceacea maimai energeticaenergetica a a radiatiilorradiatiilor electromagneticeelectromagnetice..

Fig.7 Fig.7 AdancimeaAdancimea de de penetrarepenetrare a a atmosfereiatmosferei

terestreterestre de de catrecatreradiatiileradiatiile

electromagneticeelectromagnetice

II.2 II.2 LegeaLegea dezintegrariidezintegrarii radioactiveradioactiveOrice sistem cuantic aflat intr-o stare excitata (metastabila) se va

dezecita, tinzand spre o stare stabila de energie mai mica.

Legea dezintegrarii radioactive prezice cum se modifica in timp numarulde nuclee radioactive dintr-o substanta radioactiva data.

Radioactivitatea se produce sub trei fome α, β si γ.

Dezintegrarea radioactiva reprezinta un proces spontan de eliberare de energie sub forma de particule radioactive si/sau de radiatii electromagnetice (γ).

Cele trei moduri de dezintegrare radioactiva respecta legile clasice de conservare: conservarea energiei, conservarea impulsului, conservareamomentului cinetic, conseravrea sarcinii electrice, conservarea numarului de nucleoni si conservarea numarului de leptoni (electroni, pozitroni, neutrino siantineutrino).

Consideram un proces de dezintegrare radioactiva:

redezintegra de produsearadioactiv redezintegra ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯X

HeThU 42

23490

23892 +→ExempluExemplu::

ePaTh 01

23491

23490 −+→

dezintegraredezintegrare αα

dezintegraredezintegrare ββ−− (Pa (Pa –– ProtactiniuProtactiniu))

presupunempresupunem::

SubstantaSubstanta radioactivaradioactiva se se compunecompune dintrdintr--un un numarnumar foartefoarte mare de mare de nucleenucleeradioactive.radioactive.

NucleeleNucleele radioactive nu se radioactive nu se dezintegreazadezintegreaza simultansimultan..

NucleeleNucleele radioactive se radioactive se dezintegreazadezintegreaza intrintr--oo anumitaanumita perioadaperioada de de timptimp..

Nu se Nu se poatepoate preziceprezice momentulmomentul de la care un de la care un nucleunucleu se va se va dezintegradezintegra..

In In procesulprocesul de de dezintegraredezintegrare radioactivaradioactiva, , nucleelenucleele radioactive se radioactive se dezintegreazadezintegreazala la intamplareintamplare..

LegeaLegea dezintegrariidezintegrarii radioactivearadioactivea fostfost stbilitastbilita de de catrecatre E. Rutherford E. Rutherford sisi F. F. Soddy (1903).Soddy (1903).

Au Au observatobservat ca ca vitezaviteza de de denintegraredenintegrare a a uneiunei substantesubstante radioactive (radioactive (dN/dtdN/dt) ) esteesteproportionalaproportionala cu cu cucu cantitateacantitatea initialainitiala de de substantasubstanta radioactivaradioactiva ((N(tN(t)).)).

)(*)( tNdt

tdN λ−= (8)(8)

•• Constanta Constanta λλ se se numestenumeste constantaconstanta a a dezintegrariidezintegrarii radioactive (radioactive (constantaconstantaradioactivaradioactiva) a ) a substanteisubstantei X X sisi esteeste egalaegala cu cu probabilitateaprobabilitatea de de dezintegraredezintegrare in in unitateaunitatea de de timptimp..

•• Constanta de Constanta de dezintegraredezintegrare esteeste independentaindependenta de de timptimp sisi esteeste specificaspecifica tipuluitipului de de nucleenuclee care se care se dezintegreazadezintegreaza..

Obs.:Obs.:

O O functiefunctie a a careicarei vitezaviteza de de variatievariatie esteeste proportionalaproportionala cu cu valoareavaloareainitialainitiala (t=0) (t=0) esteeste o o functiefunctie exponentialaexponentiala !!!!

•• Solutia Solutia ecuatieiecuatiei 8 (8 (obtinutaobtinuta prinprin integrareaintegrarea acesteiaacesteia) ) esteeste::

teNtN λ−= 0)(

2/1

00

2/1 2)( TeNNTN λ−==

(9)(9)undeunde::

•• NN00 reprezintareprezinta numarulnumarul initial de initial de nucleenuclee radioactive ;radioactive ;

•• λλ reprezintareprezinta constantaconstanta radioactivaradioactiva a a elementelorelementelor dindin care este care este alcatuitaalcatuitasubstantasubstanta radioactivaradioactiva..

• IntervalulIntervalul de de timptimp necesarnecesar pentrupentru a reduce la a reduce la jumatatejumatate numarulnumarul initial de initial de atomiatomi radioactiviradioactivi NN00 se se numestenumeste timptimp de de injumatatireinjumatatire (T(T1/21/2). ).

λ)2ln(

2/1 =T

(10)(10)

(11)(11)

2/12/1

693.0)2ln(TT

==λ (12)(12)

timpultimpul ((exprimatexprimat ca ca sisi un un multiplumultiplu de T1/2)de T1/2)1/21/2 1/2 1/2 1/2

Fig.8 Fig.8 VariatiaVariatia in in timptimp a a numaruluinumarului de de nucleenuclee

radioactiveradioactive

FiecareFiecare element element radioactivradioactiv are un are un timptimp de de injumatatireinjumatatire specificspecific

4.5 4.5 miliardemiliarde anianiUraniuUraniu--2382388.07 8.07 zilezileIodIod--131 131

15 ore15 oreSodiuSodiu--24245.26 5.26 anianiCobaltCobalt--6060

1600 1600 anianiRadiuRadiu--226226400.000 400.000 anianiClorClor--3636

0,0018 0,0018 secundesecundePoloniuPoloniu--2152155730 5730 anianiCarbonCarbon--1414

14.3 14.3 zilezileFosforFosfor--242460.5 minute60.5 minuteBismutBismut--212 212

TimpulTimpul de de injumatatireinjumatatire

ElementulElementulTimpulTimpul de de injumatatireinjumatatire

ElementulElementul

Obs.:Obs.:

TimpulTimpul de de injumatatireinjumatatire variazavariaza de la de la catevacateva fractiunifractiuni de de secundasecunda la la miliardemiliarde de de anuanu..

TimpulTimpul de de injumatatireinjumatatire este este masuramasura a a stabilitatiistabilitatii unuiunui nucleunucleu..

NiciNici o o proceduraprocedura chimicachimica sausau fizicafizica nu nu poatepoate modificamodifica vitezaviteza de de dezintegraredezintegrare a a uneiunei substantesubstante radioactive.radioactive.

ActivitateaActivitatea mediemedie

NumimNumim activitateaactivitatea ca ca fiindfiind numarulnumarul de de dezintegraridezintegrari pepe secundasecunda a a unuiunui esantionesantionradioactivradioactiv X X compuscompus dintrdintr--un un numarnumar N de N de nucleenuclee radioactive. radioactive.

ActivitateaActivitatea mediemedie se exprima in SI becquerel (Bq) (sse exprima in SI becquerel (Bq) (s--11). O ). O altaalta unitateunitate de de masuramasuraa a activitatiiactivitatii mediimedii este Curie (Ci) (1Ci=3.7*10este Curie (Ci) (1Ci=3.7*101010 ss--11))

tN

tntA

δδ

−=Δ

=)( (13)(13)

teNA λλ −= 0

λ)2ln()(tNA =

(14)(14)

(15)(15)

Antoine Henri Becquerel (1852Antoine Henri Becquerel (1852--1908) 1908) fizicianfizician francezfrancez, , laureatlaureat al al PremiuluiPremiuluiNobel Nobel pentrupentru FizicaFizica (1903), (1903), descoperitordescoperitoral al radioactivitatiiradioactivitatii alaturialaturi de Marie de Marie sisiPierre Curie.Pierre Curie.

II.2.1 II.2.1 DatareaDatarea cu cu ajutorulajutorul carbonuluicarbonului radioactivradioactivDatareaDatarea cu carbon cu carbon esteeste o o metodametoda de de dataredatare radiometricaradiometrica care care utilizeazautilizeaza

izotopulizotopul natural de carbon natural de carbon 1414C C pentrupentru determinareadeterminarea varsteivarstei materialelormaterialelor care care contincontin carbon (carbon (organismelororganismelor care au care au muritmurit sisi care in care in timpultimpul vietiivietii au au consumatconsumatCOCO22). ).

CarbonulCarbonul are are doidoi izotopiizotopi stabilistabili 1212C C sisi 1313C. De C. De asemeneaasemenea existaexista sisi izotopulizotopulinstabilinstabil 1414C al C al carbonuluicarbonului, , acestaacesta avandavand un un timptimp mediumediu de de viataviata de 5730 de de 5730 de aniani. .

Fig. 9 Fig. 9 ProducereaProducerea izotopilorizotopilor de carbon (de carbon (1414C)C)

1414CC1414NN

--ee

Fig. 10 Fig. 10 DezintegrareaDezintegrarea izotopilorizotopilor1414CC

IzotopulIzotopul 1414C se C se combinacombina cu cu oxigenuloxigenul atmosfericatmosferic formandformand COCO22. . OrganismeleOrganismele vii vii care care facfac schimbschimb de COde CO22 cu cu atmosferaatmosfera vorvor inmagazinainmagazina sisi o mica o mica cantitatecantitate de de 1414C.C.

CandCand un organism un organism moaremoare nu nu vorvor maimai existaexista schimburischimburi de COde CO22 intreintre acelacelorganism organism sisi mediulmediul exterior. exterior. RaportulRaportul dintredintre numarulnumarul de de izotopiizotopi de carbon de carbon 1414C C sisinumarulnumarul izotopiizotopi stabilistabili 1212C se C se vava diminuadiminua in in timptimp datoritadatorita dezintegrariidezintegrarii izotopilorizotopilor1414C. C.

RaportulRaportul dintredintre numarulnumarul de de izotopiizotopi de carbon de carbon 1414C C sisi respectivrespectiv 1212C C pentrupentrumoleculelemoleculele ((cece contincontin carbon) de la carbon) de la suprafatasuprafata pamantuluipamantului esteeste de 1.3x10de 1.3x10--1212 iariaraceastaaceasta valoarevaloare se se presupunepresupune ca a ca a ramasramas constantaconstanta celcel putinputin de la de la creareacreareaatmosfereiatmosferei

CunoscandCunoscand nivelulnivelul de de activitateactivitate al al unuiunui esantionesantion de de materiematerie organicaorganica, , putemputemdeterminadetermina continutulcontinutul de de 1414C existent in C existent in acelacel esantionesantion. . CunoscandCunoscand raportulraportul initial initial intreintre cantitateacantitatea de de 1414C C sisi 1212C, se C, se vava puteaputea determinadetermina varstavarsta esantionuluiesantionului respectivrespectiv. .

t (t (aniani))

1414C

(%)

C (%

)

Fig. 11 Fig. 11 DatareaDatarea cu cu 1414CC

II.3 II.3 InteractiuneaInteractiunea radiatiilorradiatiilor nuclearenucleare cu cu substantasubstanta

RadiatiileRadiatiile nuclearenucleare interactioneazainteractioneaza cu cu atomiiatomii substanteisubstantei pepe care o care o strabatstrabat, , producandproducand o o serieserie de de efecteefecte..

RadiatiileRadiatiile nuclearenucleare se impart in se impart in douadoua categoricategori in in functiefunctie de de sarcinasarcinaelectricaelectrica a a particulelorparticulelor care le care le formeazaformeaza::

-- radiatiiradiatii formateformate din din particuleparticule incarcateincarcate cu cu sarcinasarcina electricaelectrica ((protoniprotoni, , particuleparticuleαα, , fragmentefragmente de de fisiunefisiune, , electronielectroni, , pozitronipozitroni),),

-- radiatiiradiatii formateformate din din particuleparticule neutreneutre ((fotonifotoni γγ sisi neutronineutroni).).

II.3.1 II.3.1 InteractiuneaInteractiunea radiatiilorradiatiilor nuclearenucleare formateformate din din particuleparticuleincarcateincarcate cu cu sarcinasarcina electricaelectrica cu cu substantasubstanta

La La trecereatrecerea printrprintr--un un anumitanumit mediumediu ((substantasubstanta), ), radiatiileradiatiile formateformate din din particuleparticule incarcateincarcate cu cu sarcinasarcina interactioneazainteractioneaza cu cu atomiiatomii sisi moleculelemoleculele din care din care esteeste alcatuitalcatuit mediulmediul respectivrespectiv producandproducand ionizariionizari sausau excitariexcitari ale ale acestoraacestora. In . In proceseleprocesele de de excitareexcitare sausau ionizareionizare, , particuleleparticulele care care formeazaformeaza radiatiaradiatia nuclearanuclearatransferatransfera o parte din o parte din energiaenergia lorlor cineticacinetica mediuluimediului pepe carecare--l l strabatstrabat. . DrumulDrumul mediumediustrabatutstrabatut de o de o particulaparticula incarcataincarcata cu cu sarcinasarcina electricaelectrica se se numestenumeste parcursparcurs liniarliniar. . MarimeaMarimea parcursuluiparcursului liniarliniar depindedepinde de de naturanatura mediuluimediului sisi de de sarcinasarcina electricaelectrica a a particuleiparticulei..

II.3.2 II.3.2 InteractiuneaInteractiunea radiatiilorradiatiilor nuclearenucleare formateformate din din particuleparticuleneutreneutre cu cu substantasubstanta

TrecereaTrecerea fotonilorfotonilor X X sausau γγ prinprin substantasubstanta esteeste insotitainsotita de de douadoua efecteefecte: : efectefect fotoelectricfotoelectric sisi efectefect Compton.Compton.

LegeaLegea de de atenuareatenuare a a fotonilorfotonilor γγ

II00II

ΔΔxx

Fig.12 Fig.12 AtenuareaAtenuarea unuiunuifasciculfascicul de de fotonifotoni γγ la la

trecereatrecerea printrprintr--un un anumitanumit mediumediu

ScadereaScaderea intensitatiiintensitatiifascicoluluifascicolului esteesteproportionalaproportionala cu cu intensitateaintensitateafascicoluluifascicolului sisi cu cu sisi cu cu grosimeagrosimea stratuluistratului de de substantasubstanta strabatutstrabatut::

xx x+x+ΔΔxx

xII Δ⋅⋅−=Δ )0(μ (16)(16)

(17)(17)

μμ==coeficientcoeficient de de atenuareatenuare liniaraliniara a a fotonilorfotonilor γγ. .

CoeficientulCoeficientul de de atenuareatenuare liniaraliniara depindedepinde de de naturanatura substanteisubstantei strabatutestrabatute de de fotoniifotonii γγ..

xeII μ−= 0

InteractiuneaInteractiunea neutronilorneutronilor cu cu substantasubstantaNeutroniiNeutronii pot pot interactionainteractiona cu cu nucleelenucleele din din mediulmediul pepe carecare--l l strabatstrabat, ,

provocandprovocand reactiireactii nuclearenucleare..

NeutronulNeutronul fiindfiind neutruneutru din din punctpunct de de vederevedere electric, electric, patrundereapatrunderea sasa in in nucleunucleu nu nu esteeste impiedicataimpiedicata de de fortelefortele de de respingererespingere electrostaticaelectrostatica iariarprobabilitateaprobabilitatea de a produce de a produce reactiireactii nuclearenucleare esteeste foartefoarte mare.mare.

La La trecereatrecerea unuiunui fasciculfascicul de de neutronineutroni printrprintr--un un mediumediu acestiaacestia suntsuntabsorbitiabsorbiti de de substantasubstanta mediuluimediului respectivrespectiv, , legelege de de atenuareatenuare fiindfiind similarasimilara celeiceleipentrupentru fotoniifotonii γγ..

MaterialeleMaterialele care au o care au o probabilitateprobabilitate mare de mare de capturacaptura a a neutronilorneutronilor suntsuntsisi . . AcesteAceste materialemateriale suntsunt folositefolosite pentrupentru ecranareaecranarea neutronilorneutronilor..

B105Cd113

38

Fig.13 Fig.13 AtenuareaAtenuarea radiatiilorradiatiilor nuclearenucleare

II.3.3 II.3.3 DetectoriDetectori de de radiatiiradiatiiDetectorulDetectorul de de radiatiiradiatii nuclearenucleare esteeste un un sistemsistem care care punepune in in evidentaevidenta particuleparticule nuclearenucleare, , permitepermite

numarareanumararea sisi determinareadeterminarea unorunor caracteristicicaracteristici ale ale acestoraacestora ((energiaenergia sausau masamasa particulelorparticulelor).).

ComponenteleComponentele principaleprincipale ale ale unuiunui detector de detector de radiatiiradiatii nuclearenucleare suntsunt::

CorpulCorpul de de detectiedetectie care care constaconsta dintrdintr--un un anumitanumit mediumediu in care in care radiatiaradiatia produce un produce un efectefectspecific. specific. EfectulEfectul esteeste datdat interactiuneainteractiunea particulelorparticulelor nuclearenucleare cu cu substantasubstanta detectoruluidetectorului((particuleleparticulele incarcateincarcate cu cu sarcinasarcina electricaelectrica producproduc ionizariionizari sausau scintilatiiscintilatii, , fotoniifotonii g g producproducelectronielectroni prinprin efectefect fotoelectricfotoelectric sausau efectefect Compton Compton iariar electroniielectronii producproduc la la randulrandul lorlorionizariionizari prinprin ciocnirileciocnirile cu cu atomiiatomii mediuluimediului din care din care provinprovin, , neutoniineutonii producproduc reactiireactii nuclearenuclearedin care din care rezultarezulta particuleparticule incarcateincarcate electric care la electric care la randulrandul lorlor vorvor produce produce ionizariionizari))

SistemulSistemul de de inregistrareinregistrare a a efectuluiefectului produsprodus de de particulaparticula. . SpreSpre exempluexemplu, in , in cazulcazul in care in care particulaparticula nuclearanucleara produce produce ionizariionizari, , ioniiionii vorvor fifi colectaticolectati de un de un sistemsistem de de electrozielectrozi intreintrecare se care se aplicaaplica o o diferentadiferenta de potential, de potential, rezultandrezultand un un curentcurent electric care electric care esteeste amplificatamplificat sisiinregistratinregistrat. .

ClasificareaClasificarea detectorilordetectorilor de de radiatiiradiatii nuclearenucleare::

1.1. DetectoriDetectori care se care se bazeazabazeaza pepe fenomenulfenomenul de de ionizareionizare (camera de (camera de ionizareionizare sisi detectoruldetectorul GeigerGeiger--MMüüllerller).).

2.2. DetectoriDetectori cu cu scintilatiiscintilatii (se (se bazeazabazeaza pepe aparitiaaparitia scintilatiilorscintilatiilor in in substantasubstanta detectoruluidetectorului la la trecereatrecereaparticulelorparticulelor incarcateincarcate electric).electric).

3.3. DetectoriDetectori care se care se bazeazabazeaza pepe formareaformarea de de perechiperechi electron electron golgol in in cristalecristale semiconductoaresemiconductoare..

4.4. DetectoriDetectori care se care se bazeazabazeaza pepe efectulefectul fotochimicfotochimic al al radiatiilorradiatiilor ((emulsiaemulsia nuclearanucleara asemanatoareasemanatoarecu cu emulsiaemulsia fotograficafotografica esteeste sensibilasensibila la la radiatiileradiatiile nuclearenucleare).).

anodanod

ionion

gazgaz atomicatomicelectronelectron

fereastrafereastracatodcatod

instrument de instrument de masuramasura

substantasubstanta radioactivaradioactiva

DetectorulDetectorul GeigerGeiger--MMüüllerller

ContorulContorul esteeste format format dintrdintr--un un condensatorcondensator cilindriccilindric inchisinchis intrintr--un tub de un tub de sticlasticla. . AnodulAnodul esteeste un fir un fir subtiresubtire coaxial cu coaxial cu cilindrulcilindrul catodiccatodic. . ElectroziiElectrozii suntsunt legatilegati la o la o sursasursa de de tensiunetensiune (cc (cc ~10~1022 V). V). DatoritaDatorita configuratieiconfiguratiei condensatoruluicondensatorului intensitateaintensitateacampuluicampului electric in electric in apropiereaapropierea anoduluianodului esteeste foartefoarte mare. La mare. La trecereatrecerea uneiuneiparticuleparticule incarcateincarcate se se producproduc perechiperechi electronelectron--ion in ion in gazulgazul din din cilindrucilindru. . ElectroniiElectroniiprodusiprodusi suntsunt acceleratiaccelerati puternicputernic inspreinspre anodanod sisi producproduc altealte ionizariionizari, , rezultandrezultand intrintr--oo avalansaavalansa de de electronielectroni. In circuit . In circuit apareapare un un curentcurent de de descarcaredescarcare de de scurtascurta durataduratacare care vava permitepermite numarareanumararea particulelorparticulelor nuclearenucleare care care traverseazatraverseaza contorulcontorul..

Fig. 14 Fig. 14 ContorulContorul GeigerGeiger--MMüüllerller

Hans Geiger (1882Hans Geiger (1882--1945) 1945) fizicianfizician germangerman inventatorinventator al al contoruluicontorului de de radiatiiradiatii bazatbazatpepe fenomenulfenomenul de de ionizareionizare sisial al nucleuluinucleului atomic (exp. atomic (exp. MardsenMardsen--Geiger).Geiger).

Walter Walter MMüüllerller (1905(1905--1979) 1979) fizicianfizician germangerman cunoscutcunoscutmaimai multmult pentrupentruimbunatatirileimbunatatirile contoruluicontoruluiinventantinventant de de catrecatre Hans Hans Geiger.Geiger.

II.4 II.4 EfecteleEfectele biologicebiologice ale ale radiatiilorradiatiilor sisi protectiaprotectia impotrivaimpotriva lorlor

InteracInteracţţiuneaiunea radiaradiaţţiiloriilor nuclearenucleare cu cu sistemelesistemele materialemateriale conducconduc la la excitareaexcitarea şşii ionizareaionizareaatomiloratomilor şşii moleculelormoleculelor îînn urmaurma absorbabsorbţţieiiei energieienergiei radiaradiaţţiiloriilor de de cătrecătre substansubstanţţaatraversatătraversată..

RadiaRadiaţţiileiile îîncărcatencărcate electric (electric (αα, , ββ, ) , ) producproduc ionizareaionizarea directădirectă, , pepe cândcând radiaradiaţţiileiile , X, , X, γγ, , producproduc ionizareionizare indirectăindirectă prinprin electronielectroni Compton, Compton, fotoelectronifotoelectroni, , nucleenuclee de de reculrecul. . InteracInteracţţiunileiunile de de bazăbază ale ale radiaradiaţţiiloriilor ionizanteionizante cu cu ţţesutulesutul viuviu suntsunt aceleaaceleaşşii ca ca şşii îînn oricareoricarealtăaltă substansubstanţţăă, , rolulrolul important important jucândujucându--ll fenomenulfenomenul de de ionizareionizare şşii excitareexcitare a a moleculelormoleculelordin din celulecelule urmaturmat de de disociereadisocierea acestoraacestora. . ÎÎntreagantreaga energieenergie cedatăcedată substansubstanţţeiei de de cătrecătreradiaradiaţţieie esteeste disipatădisipată îînn final sub final sub formăformă de de căldurăcăldură..

UnitateaUnitatea de de bazăbază a a ţţesutuluiesutului viuviu esteeste celulacelula. . FiecareFiecare celulăcelulă are un are un nucleunucleu, , centrulcentrul eiei de de control.control.

De o De o importanimportanţţăă cu cu totultotul particularăparticulară esteeste compusulcompusul numitnumit acid acid dezoxiribonucleicdezoxiribonucleic ADN ADN îînnnucleulnucleul celuleicelulei. ADN. ADN--ulul controleazăcontrolează structurastructura şşii funcfuncţţionareaionarea celuleicelulei. . RadiaRadiaţţiaia afecteazăafecteazăcelulacelula, , îînn mod indirect ADNmod indirect ADN--ulul..

RadiaRadiaţţiaia poatepoate acacţţionaiona îînn douădouă modurimoduri: o : o moleculămoleculă de ADN se de ADN se poatepoate ionizaioniza, , rezultândrezultând o o modificaremodificare chimicăchimică directădirectă sausau moleculamolecula poatepoate fifi modificatămodificată indirect indirect prinprinintermediulintermediul unuiunui radical radical liberliber din din lichidullichidul celuleicelulei..

ÎÎnn uneleunele cazuricazuri modificareamodificarea chimicăchimică poatepoate stasta la la bazabaza unuiunui efectefect biologic biologic dăunătordăunător, , datoratdatorat fie fie unuiunui defect defect puternicputernic localizatlocalizat, fie , fie unuiunui defect global al defect global al cromozomuluicromozomului, , aaşşaa cum se cum se poatepoate observaobserva la la microscopmicroscop..

AmbeleAmbele felurifeluri de de defectedefecte au au fostfost implicate implicate îînn tareletarele geneticegenetice şşii îînn dezvoltareadezvoltarea canceruluicancerului..

p11 n1

0

Radiaţiile care pătrund în organism sunt mai mult sau mai puţin absorbite. În cazulţesuturilor vii, interacţiunea radiaţiilor cu acestea produce aceleaşi fenomene. Ioniiproduşi în urma ionizării reacţionează chimic cu acizii nucleici din nucleele celulelorvii dând naştere unor produşi toxici. Ţesuturile cele mai sensibile sunt organelehematopaltice, mucoasele, organele interne, ţesuturile musculare, ţesuturile osoase, ţesutul nervos.

Iradierea în doze bine determinate poate avea efecte pozitive (în radioterapie, distrugerea celulelor tumorale).

Iradierea necontrolată poate duce la accidente acute imediate şi accidente cronice.

Mecanismele absorbţiei radiaţiilor variază în funcţie de natura acestora. În cazulradiaţiei α, acestea sunt complet absorbite de organismele vegetale şi animale pe o adâncime de 0,1 mm iar radionuclizii nu sunt periculoşi. Radiaţiile α pot pătrunde înorganism circa 1 cm, iar radionuclizii care le produc sunt periculoşi pentru ţesuturilesuperficiale. Radiaţiile X, γ şi neutronii trec prin organe umane iar radionuclizii care le produc sunt periculoşi.

Boala de iradiere poartă numele de boala actinică.

În locurile în care apar doze de radiaţii mai mari decât cele maxime admise, se impune luarea unor măsuri de protecţie prin ecranarea surselor radioactive. Împotrivafluxului de radiaţii γ se utilizează ecrane din material cu Z mare (Pb), împotriva fluxuluide radiaţii α se utilizează ecrane din material cu Z mic (Al) iar împotriva fluxului de radiaţii se foloseşte ca moderator apa grea şi grafitul iar ca absorbant cadmiul şiborul.

n10

II.5 II.5 MărimiMărimi şşii unităunităţţii dozimetricedozimetrice

PentruPentru a a caracterizacaracteriza efecteleefectele produseproduse la la iradiereairadierea diferitelordiferitelor materialemateriale inclusivinclusiv a a corpurilorcorpurilor vii, vii, esteeste necesarnecesar săsă studiemstudiem schimbărileschimbările de de proprietăproprietăţţii ((mecanicemecanice, , termicetermice, , electriceelectrice, , magneticemagnetice etc.) etc.) cece au loc au loc îînn urmaurma iradieriiiradierii, , precizândprecizând efecteleefecteleacestoraacestora..

EfecteleEfectele produseproduse depinddepind de de maimai mulmulţţii factorifactori: : naturanatura, , energiaenergia şşii distribudistribuţţiaiaradiaradiaţţiiloriilor şşii naturanatura, forma de , forma de agregareagregare, , combinacombinaţţiaia chimicăchimică şşii structurastructura corpuluicorpuluiiradiatiradiat..

EfecteleEfectele biologicebiologice ale ale radiaradiaţţiiloriilor depinddepind de de cantitateacantitatea de de energieenergie absorbităabsorbită de la de la acesteaceste radiaradiaţţiiii de de cătrecătre materiamateria vie.vie.

1) 1) MărimeaMărimea care a care a fostfost introdusăintrodusă pentrupentru a a caracterizacaracteriza energiaenergia absorbităabsorbită de de unitateaunitatea de de masămasă esteeste dozadoza energeticăenergetică absorbităabsorbită (D).(D).

D D reprezintăreprezintă raportulraportul dintredintre energiaenergia absorbităabsorbită şşii masamasa substansubstanţţeiei care a care a absorbitabsorbitaceastăaceastă cantitatecantitate de de energieenergie..

mWD

ΔΔ

= (18)(18)

[ ] [ ][ ] )(GrayGy

kgJ

mWD

SI

SISI ===

Louis Harold Gray (1905Louis Harold Gray (1905--1965) 1965) fizicianfizicianenglezenglez care a care a avutavut contributiicontributiiimportanteimportante legate de legate de efecteleefectele biologicebiologiceale ale radiatiilorradiatiilor, , fondatorfondator al al radiobiologieiradiobiologiei

1 Gy este doza care transferă unei mase omogene de 1 kg o energie de 1 J.

Altă unitate de măsură este rad (roentgen de doză absorbită).

DozaDoza absorbităabsorbită îînn unitateaunitatea de de timptimp se se numenumeşştete dozădoză debit.debit.

tmW

tDd

Δ⋅ΔΔ

=Δ

=[ ]

[ ]s

Gyd

hradd

SI =

= (19)(19)

Gy10kg/J10

1kg10

J1010g

erg100rad1 223

72−

−

−==

⋅==

1 Gy = 100 rad

1 rad reprezintă cantitatea de radiaţie care cedează într-un kg de substanţă energia de 10-2 J.

TransferândTransferând aceluiaaceluiaşşii material o material o cantitatecantitate egalăegală de de energieenergie, , dardar de la de la diferitediferiteradiaradiaţţiiii, , acacţţiuneaiunea acestoraacestora esteeste diferitădiferită. De . De exempluexemplu, , radiaradiaţţiaia αα esteeste maimai eficaceeficacedecâtdecât ββ..

PentruPentru a a apreciaaprecia efecteleefectele iradieriiiradierii ss--a a introdusintrodus ca ca mărimemărime caracteristicăcaracteristicăinteracinteracţţiuniiiunii radiaradiaţţieie –– substansubstanţţăă, , dozadoza de de ionizareionizare ((termenultermenul a a fostfost introdusintrodus maimaiîîntâintâi îînn radioterapieradioterapie, ca , ca echivalentechivalent pentrupentru „„dozadoza de de medicamentemedicamente administratăadministrată””).).

DozaDoza de de ioniioni reprezintăreprezintă sarcinasarcina electricăelectrică produsăprodusă prinprin ionizareionizare şşii reprezintăreprezintăraportulraportul dintredintre sarcinasarcina electricăelectrică Q a Q a ionilorionilor produproduşşii de de radiaradiaţţiileiile nuclearenucleare îîntrntr--un un volumvolum de de aeraer şşii masamasa m a m a aceluiacelui volumvolum. .

mQD = (20)(20)

DebitulDebitul dozeidozei de de ioniioni esteeste datdat de de relarelaţţiaia::

tDd = (21)(21) [ ] RD SI 1= (Rontgen)

1 R 1 R reprezintăreprezintă dozadoza de de radiaradiaţţieie X X sausau γγ care produce care produce îînn condicondiţţiiii normalenormale o o sarcinăsarcină1/3 1/3 ··1010--99 C C îîntrntr--un un volumvolum de de aeraer uscatuscat şşii esteeste echivalentechivalent cu cu dozadoza energeticăenergetică de de 1,293 1,293 GyGy..

DozaDoza biologicăbiologică (B)(B)PentruPentru a a puteaputea comparacompara diferitediferite radiaradiaţţiiii cu cu aceeaaceeaşşii energieenergie, , dupădupă efecteleefectele lorlor, s, s--a a

introdusintrodus factorulfactorul de de eficacitateeficacitate biologicăbiologică relativărelativă ηη..DozaDoza biologicăbiologică se se folosefoloseşştete pentrupentru organismeleorganismele vii:vii:

B = B = dozadoza energeticăenergetică •• η (22)η (22)EficacitateaEficacitatea biologicăbiologică relativărelativă reprezintăreprezintă raportulraportul dintredintre energiaenergia absorbităabsorbită de de

ţţesutesut la la iradiereairadierea cu o cu o radiaradiaţţieie datădată şşii energiaenergia absorbităabsorbită de de ţţesutesut la o la o iradiereiradiere cu o cu o radiaradiaţţieie standard standard pentrupentru a produce a produce efecteefecte biologicebiologice identiceidentice..

DozaDoza biologicăbiologică B B esteeste dozadoza de de energieenergie preluatăpreluată de la de la radiaradiaţţiaia incidentăincidentă care care produce, produce, îînn condicondiţţiiii identiceidentice, , aceleaaceleaşşii efecteefecte biologicebiologice ca ca şşii dozadoza de 1 de 1 GyGy a a radiaradiaţţiiloriilor standard (X, standard (X, γγ la 200 la 200 keVkeV).).

UnitateaUnitatea de de măsurămăsură esteeste: : [B] = 1 [B] = 1 rem(roentgenrem(roentgen echivalentechivalent men) men)

[B][B]SISI=1 =1 SievertSievert=100 =100 remremPentruPentru radiaradiaţţiiii X, X, γγ, , ββ, , factorulfactorul de de eficacitateeficacitate biologicăbiologică relativărelativă esteeste ηη = 1, = 1,

pentrupentru neutronineutroni termicitermici ηη = 10, = 10, iariar pentrupentru neutronineutroni rapizirapizi ηη = 2,5.= 2,5.DebitulDebitul dozeidozei biologicebiologice esteeste::

tBb = [ ]

hremb 1

=

[ ]sSib IS 1

1.. =

(23)(23)

Rolf Maximilian Rolf Maximilian SievertSievert (1896(1896--1966) 1966) fizicianfiziciansuedezsuedez, a , a avutavut contributiicontributii importanteimportante in in domeniuldomeniul fiziciifizicii medicalemedicale studiindstudiind efecteleefectelebiologicebiologice ale ale radiatiilorradiatiilor..

LimitaLimita anualăanuală de de îîncorporarencorporare, LAI, , LAI, esteeste activitateaactivitatea minimăminimă, , exprimatăexprimată îînn becquerelibecquereli, , rezultatărezultată de la un de la un radionuclidradionuclid îîncorporatncorporat timptimp de un an, de de un an, de cătrecătre omulomul de de referinreferinţţăă definitdefinit de de CIPR (ICPR International CIPR (ICPR International CommisionCommision of Radiological Protection), of Radiological Protection), îîncorporarencorporare care care antreneazăantrenează fie o fie o valoarevaloare a a echivalentuluiechivalentului dozeidozei angajatangajat de 50 de 50 mSvmSv, fie o , fie o valoarevaloare a a echivalentuluiechivalentului dozeidozei angajatangajat de 150 de 150 mSvmSv pentrupentru cristalincristalin, , sausau de 500 de 500 mSvmSv pentrupentru celelaltecelelalteorganeorgane sausau ţţesuturiesuturi.

IntrebariIntrebari test test grilagrila

1) 1) BifatiBifati enunturileenunturile corectecorecte::Nucleele atomice contin un numar egal de protoni si neutroni.Stabilitatea unui nucleu este determinata de valoarea energiei de lagatura al acestuia.Modelul picatura de lichid explica stabilitatea mare a nucleelor formate din grupari de 2

protoni si 2 neutroni.Modelul in paturi presupune existenta unor nivele energetice nucleare care pot fi ocupate

de cel mult doi nucleoni identici si cu spinul paralel.Principiul de excluziune al lui Pauli este valabil si in cazul nucleelor atomice.

2) BifatiBifati enunturileenunturile corectecorecte::Procesul de fisiune nucleara este specific nucleelor grele care au tendinta de a se

transforma in nuclee mai usoare cu o energie de legatua mai mare.Procesul de fisiune nucleara este un proces spontan, exoenergetic.Fuziunea nucleara este un proces spontan.Fuziunea nucleara este un proces endoenergetic.Fuziunea nucleara este specifica nucleelor usoare.

3) 3) BifatiBifati enunturileenunturile corectecorecte::Dezintegrarea radioactiva este un proces spontan exoenergetic.Radioactivitatea se produce sub trei fome α, β si γ.Conservarea energiei, conservarea impulsului, conservarea momentului cinetic

sunt specifice doar proceselor de dezintegrare radiactica.Conseravrea sarcinii electrice, conservarea numarului de nucleoni si

conservarea numarului de leptoni sunt specifice proceselor de dezintegrareradioactiva.

In procesul de dezintegrare radioactiva nucleele se dezintegreaza simultan.

4) Ce sunt radiatiile α?Electroni,Protoni,Nuclee de heliu.Pozitroni.

5) Ce semnificaţie are timpul mediu de viaţă?Jumatate din timpul necesar ca radioactivitatea substanţei sa dispară.Timpul necesar ca radioactivitatea substanţei să crească cu jumatate din

valoarea iniţială.Timpul necesar ca radioactivitatea substanţei sa se reduca la jumatate.Timpul in care numarul de nuclee radioactive se reduce la jumatate din valoarea

initiala.Jumatate din timpul necesar pentru reducerea radiactivitatii probei la jumatate.

6) 6) Cu cat se modifică numarul atomic Cu cat se modifică numarul atomic şşi numărul de masa al unui atom cand acesta emite o i numărul de masa al unui atom cand acesta emite o particula particula αα??

Numarul atomic creNumarul atomic creşşte cu 2 si numarul de masa crete cu 2 si numarul de masa creşşte cu 4.te cu 4.Numarul atomic descreNumarul atomic descreşşte cu 2 si numarul de masa crete cu 2 si numarul de masa creşşte cu 4.te cu 4.Numarul atomic creNumarul atomic creşşte cu 2 si numarul de masa descrete cu 2 si numarul de masa descreşşte cu 4.te cu 4.Numarul atomic descreNumarul atomic descreşşte cu 2 si numarul de masa cu 4.te cu 2 si numarul de masa cu 4.Numarul atomic descreNumarul atomic descreşşte cu 4 si numarul de masa cu 2.te cu 4 si numarul de masa cu 2.

7) Bifa7) Bifaţţi enuni enunţţurile corecte:urile corecte:Valoarea energiei de legătură per nucleon caracterizează stabiliValoarea energiei de legătură per nucleon caracterizează stabilitatea nucleelor atomice.tatea nucleelor atomice.Nucleele cele mai stabile sunt nucleele cu numărul de masă cupriNucleele cele mai stabile sunt nucleele cu numărul de masă cuprins ns îîntre 40 ntre 40 şşi 140.i 140.ForForţţele nucleare au un caracter de saturaele nucleare au un caracter de saturaţţie.ie.Volumul nucleului este proporVolumul nucleului este proporţţional cu numărul de protoni din nucleuional cu numărul de protoni din nucleu..ForForţţele nucleare acele nucleare acţţionează doar ionează doar îîntre particulele nucleare ntre particulele nucleare îîncarcate cu sarcină electricăncarcate cu sarcină electrică..

8) Bifaţi enunţurile corecte:

In procesele de dezintegrare alfa si de fisiune nuclearăIn procesele de dezintegrare alfa si de fisiune nucleară, nucleele grele , nucleele grele îîşşi măresc energia i măresc energia de legătura per nucleonde legătura per nucleon..

In cazul In cazul îîn care pot avea loc,n care pot avea loc, dezintegrarea alfa si fisiunea nucleară sunt procese dezintegrarea alfa si fisiunea nucleară sunt procese spontane.spontane.

Fuziunea nucleară este specifică nucleelor uFuziunea nucleară este specifică nucleelor uşşoare.oare.Fuziunea nucleară nu necesită un aport energetic iniFuziunea nucleară nu necesită un aport energetic iniţţial.ial.Procesul de fuziune nucleară este un proces endoenergetic nucleaProcesul de fuziune nucleară este un proces endoenergetic nuclear.r.