Radiatii nucleare

Radiatia se afla peste tot in natura. Ea poate fi radiatie ne-ionizanta(ex. undele radio, lumina, microundele) sau radiatie ionizanta (ex. razele X folosite in scopuri de diagnosticare medicala, razele gamma folosite inscopuri terapeutice)

Radiatia ionizanta este emisa de atomi radioactivi. Pentru a putea fi inteleasa, este utila cunoasterea structurii atomului. Un atom se compune dintr-un nucleu (incarcat pozitiv) in jurul caruia orbiteaza electroni (incarcati negativ).In mod normal, numarul sarcinilor pozitive din nucleu (protoni) este egal cu numarul electronilor din jurul nucleului si atomul este neutru dinpunct de vedere electric.Daca un electron este expulzat de pe orbita atomului, rezulta un electron negativ liber si un ion incarcat pozitiv.Radiatia ionizanta este radiatia care are suficienta energiepentru ca in urma interactiei sale cu un atom sa poata expulza un electron de pe orbita atomului,formand ioni; de aici si numele sau.Definirea radiatiei ionizante

Atomii aceluiasi element care au un numar diferit de neutroni senumesc izotopi. In unii atomi, nucleul este instabil ; asta inseamna ca el areun exces de energie. Acestia sunt atomii radioactivi. Ei elibereaza surplusulde energie prin dezintegrare.

Dupa eliberarea intregului surplus de energie,atomii devin stabili si nu mai sunt radioactivi.Timpul necesar pentru dezintegrarea unei jumatati dintr-o proba desubstanta radioactiva se numeste timp de injumatatire.Timpul de injumatatire difera semnificativ de la un izotop la altul,variind de la o fractiune de secunda pina la miliarde de ani.

Exemple de timpi de injumatatire

Exista trei tipuri importante de radiatie ionizanta: Radiatia Alfa

Particulele alfa () se compun din doi neutroni(fara sarcina electrica) si doiprotoni (incarcati pozitiv).Candparticulele alfa traverseaza un material solid, ele interactioneaza cu multi atomi pe o distanta foarte mica.Dau nastere la ioni si isi consuma toata energia pe acea distanta scurta.Cele mai multeparticule alfa isi vor consuma intreaga energie la traversarea unei simple foi de hartie. Principalul efect asupra sanatatii corelat cu particulele alfa apare cand materialele alfa-emitatoare sunt ingerate sau inhalate iar energia particuleloralfa afecteaza tesuturile interne, cum ar fi plamanii.

Radiatia Beta

Particula Beta este un electron liber. El penetreaza materialul solid pe o distanta mai mare decat particula alfa.Efectele asupra sanatatii asociate particulelor beta se manifesta inprincipal atunci cand materialele beta-emitatoare sunt ingerate sau inhalate.

Radiatia Gamma

Radiatia gamma (raza gamma) se prezinta sub forma de unde electromagnetice sau fotoni emisi din nucleul unui atom. Ei pot traversa complet corpul uman, putand fi oprite doar de un perete de beton sau de oplaca de plumb groasa de 15 cm.Radiatia gamma este oprita de: apa, beton si, in special, de materiale dense, cum ar fi uraniul si plumbul, care sunt folosite ca protectie impotriva expunerii la acest tip de radiatie.

Provenienta radiatiei ionizante

Suntem permanent expusi la un nivel scazut de radiatie ionizanta dinsurse naturale:

-radiatie cosmica particulele de energie inalta si razele gamma bombardeaza Pamantul. Atmosfera planetei actioneaza ca un scut,absorbind o mare parte din energia radiatiei cosmice. Din acest motiv, ceicare locuiesc aproape de nivelul marii sunt expusi la o daza de radiatii cosmice mai mica decat cei care locuiesc la munte.

-radiatie terestra se datoreaza materialelor radioactive care exista in roci si sol: izotopul radioactiv ai potasiului si produsii de dezintegrare ai uraniului si toriului;radon constituie cea mai raspandita sursa de radiatie deoarece radonul gazos a existat dintotdeauna in mediul ambiant. Calea primara prin care el ajunge la noi din pamant este penetrarea prin fundatia locuintelor. -radiatia naturala din interiorul organismelornoastre purtam inauntrul nostru o sursa de radiatie ionizanta imposibil de evitat :radioizotopii potasiu-40 si carbon-14. Acesti izotopi patrund in organismprin lantul alimentar si prin respiratie.Radiatia ionizanta provenind din aceste surse constituie ceea ce numim radiatie de fond.

In plus, suntem expusi si la o radiatie artificiala, provenind din:

-expunerea medicala:(din radiografiile medicale si dentare curaze X, si din tratamentele prin iradiere cu cobalt sau injectii cu iodradioactiv);

-diverse alte surse:(producerea de energie electrica atat in instalatiile clasice si in cele nucleare, transportul si depozitarea materialelornucleare, programele de testare a armamentului nuclear, cat si din alte activitati umane, cum ar fi fumatul, arderea gazului pentru incalzire si gatit,utilizarea fosfatilor ca fertilizatori si privitul la televizorul color).Trebuie mentionat ca mai mult de 80% din expunerea la radiatie ionizanta sedatoreaza radiatiei de fond.

Detectori de radiatiiDetectorii de radiaii nucleare reprezint sisteme care pun n eviden existena radiaiilor nucleare i permit determinarea calitativ sau cantitativ a unora dintre caracteristicile lor: numrul de particule nucleare, energia, masa particulelor, etc. Detectorul de radiaii nucleare convertete particulele incidente pe suprafaa sa activ n semnal electric (sarcin sau tensiune) sub form de impulsuri. Detectorul de radiaii este format, de regul, din dou pri componente: corpul de detecie propriu-zis const dintr-un mediu n care radiaia nuclear produce un efect specific sistemul de nregistrare a efectului produs de particul asigur amplificarea i prelucrarea semnalului obinut

Tipuri de detectoriCamera de ionizareCamera de ionizare este o incint nchis, de form cilindric, n care se gsesc doi electrozi plan paraleli i un gaz aflat n condiii normale. Cei doi electrozi formeaz un condensator plan cu electrozii aflai la distana de 3 6 cm unul de altul. n lungul traiectoriei particulei nucleare ncrcate care strbate gazul camerei se produc ioni pozitivi i electroni. Numrul perechilor de sarcini care se produc depinde de natura radiaiei care a interacionat cu moleculele gazului i de energia lor cinetic.Curentul de ionizare este amplificat i msurat. El este proporional cu numrul total de perechi ion - electron creai de particule n unitatea de timp.Dezavantaje: n camera de ionizare curentul obinut este mic, fapt ce duce la necesitatea folosirii unui sistem de nregistrare complicat.

Camera cu ceataCamera cu cea, cunoscut i sub numele de camer Wilson, este utilizat pentru detecia particulelor de radiaie ionizant. n cea mai elementar form, o camer cu cea este un mediu sigilat care conine vapori de ap sau alcool, superrcii, suprasaturai. Cnd o particul alfa sau o particul beta interacioneaz cu vaporii, i ionizeaz. Ionii rezultai se comport ca nuclei de condensare, n jurul creia se va forma cea (deoarece amestecul este n pragul condensului). Energiile mari ale particulelor alfa i beta nseamn c rmne o urm, datorit faptului c se produc muli ioni de-a lungul cii particulei ncrcate electric. Aceste urme au forme distincte (de exemplu, urma unei particule alfa este larg i dreapt, iar cea a unui electron este mai ngust i prezint semne de deviere). Cnd se aplic un cmp magnetic vertical, particulele ncrcate pozitiv i negativ vor avea traiectorii curbate n direcii opuse.

Traiectoriile particulelor ncrcate apar n camera cu cea sub forma unor urme vizibile la o iluminare lateral i pot fi fotografiate. Traiectoriile particulelor alfa apar n majoritatea cazurilor practic rectilinii (figura alturat). Traiectoriile se caracterizeaz prin grosimea i continuitatea lor, care se datoreaz puternicei ionizri specifice, adic a numrului mare de perechi de ioni formai pe unitate de lungime de drum. Pe fotografii mrite se pot vedea amnunte importante: multe traiectorii se pot termina printr-o cotitura brusca (crlig), n alte cazuri se vd deviaii sub unghi mic n puncte mai mult sau mai puin deprtate de captul traiectoriei. Foarte rar, unghiul de deviaie este mai mare; mai rar, nc, traiectoria se termin printr-o furc.

Camera cu buleO camer cu bule este un vas umplut cu un lichid transparent supranclzit (cel mai adesea hidrogen lichid) folosit pentru a detecta particule ncrcate electric care se deplaseaz prin el. A fost inventat n 1952 de Donald Glaser, pentru care acesta a primit n 1960 Premiul Nobel pentru fizic.Camera cu bule este similar camerei cu cea n aplicaii i n principiul de baz. n mod normal este realizat prin umplerea unui cilindru mare cu un lichid nclzit pn aproape de punctul su de fierbere. n timp ce particulele intr n camer, un piston i reduce brusc presiunea, iar lichidul intr ntr-o faz de supranclzire, metastabil. Particulele ncrcate creeaz o urm de ionizare n jurul creia lichidul se evapor, formnd bule microscopice. Densitatea bulelor n jurul unei urme este proporional cu cantitatea de energie pierdut de particul.

Bulele cresc n mrime cu ct camera i crete volumul, pn devin destul de mari pentru a fi vzute sau fotografiate. Cteva camere foto sunt montate n jurul ei, furniznd o imagine tridimensional a experimentului. Au fost folosite camere cu bule cu rezoluii pn la civa micrometrii. ntreaga camer este supus unui cmp magnetic constant, ceea ce determin particulele ncrcate s se deplaseze n spiral, cu raza determinat de raportul sarcin-mas. Dat fiind c pentru toate particulele subatomice ncrcate electric i cu via lung, sarcina lor este cea a unui electron, iar raza de curbur este astfel proporional cu impulsul.

Contorul GeigerMllerContorul GeigerMller face parte din categoria detectorilor cu ionizare in gaz.Acest detector are o construcie simpl, fiind alctuit din doi electrozi introdui ntr-un tub de sticl sau de metal. Tubul conine i un gaz nobil la presiune joas ( zeci de torri). De obicei, electrozii au geometrie cilindric, anodul fiind un fir metalic, subire, dispus pe axul unui cilindru care constituie catodul. Acesta din urm poate fi un strat conductor depus pe peretele interior al tubului de sticl, iar dac tubul exterior este metalic, va servi chiar el drept catod. ntre cei doi electrozi se aplic o diferen de potenial.n regiunea din jurul firului central se obine un cmp electric intens n care electronii sunt accelerai puternic i n deplasarea lor spre anod produc ionizri n avalan.

La trecerea unei radiaii prin volumul contorului se produce excitarea i ionizarea moleculelor gazului. n funcie de natura radiaiei incidente, ionizarea se poate face direct, n cazul particulelor cu sarcin electric, sau indirect, prin intermediul electronilor smuli din peretele contorului de radiaiile X i , respectiv al unei particule ncrcate rezultate dintr-o reacie nuclear produs de neutroni. Ionii i electronii formai, dac sunt accelerai n cmp electric, pot produce la rndul lor ionizri secundare. Caracterul descrcrii interioare depinde de tensiunea aplicat pe contor.Sarcinile electrice aprute n urma trecerii unei particule sunt colectate i provoac variaia ntr-un timp scurt a tensiunii aplicate pe contor, deci un puls de tensiune care apare la bornele contorului i care este transmis prin condensator la instalaia de numrare.In cazul contorului GeigerMller apare multiplicarea n gaz a sarcinilor prin ionizri secundare, adic descrcarea n avalan. Dar, funcionarea contorului GeigerMller se bazeaz pe existena unui cmp electric de intensitate mare, astfel c descrcarea n avalan se intensific i este nsoit de avalane secundare. Astfel, pulsurile de tensiune care apar au amplitudine mare (1-10 V sau mai mult) i pot fi numrate direct, fr amplificare prealabil.Acest detector permite numai numrarea particulelor nucleare fr a determina alte proprieti ale acestora.

Prezentare realizata de :

Dohotariu SiminaTipa MauraAlexa Ionela