Universitatea din Craiova FACULTATEA DE INGINERIE ELECRICA

Radioactivitatea Proiect

Prof. indrumator StudentConf. dr. ing. Niculae Boteanu Papa Adriana Cosmina

CuprinsScurt istoric al radioactivitatii

Capitolul I

1.1 Generalitati1.2 Radiatia ionizanta1.3 Dezintegrarea radioactive

Capitolul II

2.1 Radioactivitatea naturala. Izotopi naturali2.2 Radioactivitatea artificiala. Izotopi artificiali

Capitolul III : Masurarea radioactivitatii

3.1 Unitati de masura3.2 Instrumente de masurare 3.2.1 Numarator Geiger – Muller 3.2.2 Alte instrumente de masurare

Capitolul IV : Efectele radiatiilor asupra sanatatii

Capitolul V : Protectia impotriva radiatiilor

Scurt istoric al radioactivitatii

Descoperirea radioactvitatii a dus la obtinerea unor beneficii semnificative pentru dezvoltarea sa social-economică, în primul rand productia de energie, aplicatii în medicina, biologie, agricultura, industrie etc., dar a dat nastere îngrijorării mondiale asupra consecinţelor îngrozitoare ale utilizării militare – bombardamentele din 1945 de la Hiroshima şi Nagasaki şi ale accidentelor survenite în funcţionarea centralelor nucleare sau din utilizarea energiei nucleare in alte domenii.

1896 Descoperirea radioactivităţii de către Antoine Henri Becquerel, pe cândstudia luminescența unor săruri ale uraniului.

1898 Descoperirea primelor elemente radioactive – radiu şi poloniu de către sotii Pierre si Marie Curie; două elemente cu radioactivitate mult mai puternică decât a

uraniului. In 1934 a fost descoperita radioactivitatea artificială, de catre soții Irène și

Frédéric Joliet- Curie. 1919 Prima transformare artificială a atomilor de către lord Ernest Rutherford 1934 Descoperirea procesului de încetinire a neutronilor, care va face posibilă

evidenţierea fisiunii atomilor de uraniu de către Enrico Fermi. 1942 Primul reactor nuclear- format din cărămizi-suporţi din grafit şi combustibil

de uraniu. 1943 -1945 Construirea şi testarea primei bombe atomice la Los Alamos, din

statul New Mexico – Statele Unite. 1945, 6 August.Prima bombă atomică explodează deasupra Hiroshimei. 1945, 9 August. A doua bombă atomică explodează deasupra oraşului Nagasaki 1951 Primul reactor nuclear functional - a produs pentru prima oară electricitate 1954 In iunie este pusă în funcţiune prima centrală nuclear-electrică.

Capitolul I

1.1 Generalitati

Radioactivitatea este un fenomen fizic prin care nucleul unui atom instabil, numit și radioizotop, se transformă spontan (dezintegrează) degajând energie sub formă de radiații diverse (alfa, beta sau gama), într-un atom mai stabil.

Atomul este cea mai mică particulă ce caracterizează un element chimic, respectiv este cea mai mică particulă dintr-o substanță care prin procedee chimice obișnuite nu poate fi fragmentată în alte particule mai simple. Un atom se compune dintr-un nucleu (incarcat pozitiv) in jurul caruia orbiteaza electroni (incarcati negativ). Nucleul este format din protoni (sarcina pozitiva) si neutroni (particule neutre). In mod normal, numarul protonilor din atom este egal cu numarul electronilor, deci atomul este neutru din punct de vedere electric.

Fig.1 : Ilustrarea unui atom Toti atomii aceluiasi element au acelasi numar de protoni; numarul de neutroni

poate fi insa diferi. Numarul atomic, Z, reprezinta totalitatea protonilor si totodata alectronilor din atom, iar numarul de masa, A, reprezinta suma dintre numarul protonilor si numarul neutronilor din nucleu atomic.

Atomii aceluiasi element care au un numar diferit de neutroni se numesc izotopi. In unii atomi, nucleul este instabil; asta inseamna ca el are un exces de energie. Acestia sunt atomii radioactivi. Dupa eliberarea intregului surplus de energie, atomii devin stabili si nu mai sunt radioactivi.

Radiatia reprezinta fenomenul fizic de transmitere, la distanta, a energiei fara a fi nevoie de un mediu purtator.

Radiatiile se pot clasifica dupa mai multe criterii:

a)Dupa natura lor:

- electromagnetice - reprezinta propagarea sub forma de unde transversale a variatiilor campului electromagnetic: (radiatia γ).Spectrul undelor electromagnetice este prezentat in figura de mai jos:

Fig.2 : Spectrul undelor electromagnetice

- elastice - reprezinta propagarea sub forma de unde longitudinale a vibratiilor unui mediu elastic.- corpusculare - sunt formate din fascicule de particule de mare energie/viteza (radiatii α si radiatii β).

b) Dupa energie :- ionizante - radiatii de mare energie, capabile sa produca ionizarea, emise de atomi radioactivi.- neionizante - radiatii de energie mai mica, insuficienta pentru a produce ionizarea: domeniile radio, microunde, IR, VIS si UV.

1.2 Radiatia ionizanta

Radiatia ionizanta (emisa de atomi radioactivi) este radiatia care are suficienta energie pentru ca in urma interactiei sale cu un atom sa poata expulza un electron de pe orbita atomului, formand ioni; de aici si numele sau.

Fig.3 : Radiatia ionizanta

Exista trei tipuri importante de radiatie ionizanta:

Radiatia Alfa (α) Particulele α se compun din doi neutroni (fara sarcina electrica) si doi protoni

(incarcati pozitiv). Cand particulele 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 multe particule 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 particulelor alfa afecteaza tesuturile interne, cum ar fi plamanii.

Radiatia Beta (β) 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 in principal atunci cand materialele beta-emitatoare sunt ingerate sau inhalate.

Radiatia gama (γ)

Radiatia gama se prezinta sub forma de unde electromagnetice sau fotoni (particule cu masa de repaus nula care se mişcă cu viteza lumini ) emisi din nucleul unui atom. Ei pot traversa complet corpul uman, putand fi oprite doar de un perete de beton sau de o placa de plumb groasa de 15 cm. Radiatia gama 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.

Fig.4 : Puterea penetranta a radiatiilor

1.3 Dezintegrarea radioactiva

Dezintegrarea radioactiva este o transformare naturală permanentă a anumitor substanțe care constă în transformarea atomilor și a nucleelor lor instabile, în atomi cu proprietăți fizice și chimice diferite de cele inițiale. În acest fel o substanță inițială se diminuează permanent, în masa care se dezintegrează apărând permanent o nouă substanță.

Fig.5: Dezintegrare α

Dezintegrarea radioactiva poate fi:

dezintegrare alfa – procesul prin care din nucleul atomului,se emite o particular

alfa (2 Protoni si 2 neutroni), cu apariția unui atom având numărul atomic diminuat cu 2 și numărul de masă diminuat cu 4.

dezintegrarea beta - procesul prin care nucleul atomic emite particule beta(electron sau pozitron) pentru a obține număul optim de protoni și neutron.

dezintegrarea gamma - procesul prin care nucleul emite radiație gama pentru areveni la starea stabilă cu energie mai scăzută.

Trecerea spre un nucleu stabil se poate face printr-o singură transformare sauprin mai multe transformări trecând prin stări intermediare instabile până la starea finală stabilă, şirul lor formând o serie de dezintegrare.

Timpul de injumatatire reprezinta timpul necesar pentru ca substanta initiala sa se diminueze pana la jumatate; este o caracteristica invariabila, intrinseca a acesteia. Ca valoare absoluta, timpii de înjumatatire ai diferitelor substante sunt extrem de diferiti, incepand de la trilionimi de secunda si ajungand pana la cuadrilioane de ani si mai mult.

Capitolul 2

Din punct de vedere al originii, radioactivitatea poate fi : naturala si artificiala.

2.1 Radioactivitatea naturala. Izotopi naturali

Radioactivitea naturala este prezenta in intreg mediu inconjurator.Radiatia poate ajunge la Pamant din spatiu cosmic; Pamantul insusi fiind radioactiv, iar radioactivitatea naturala este prezenta in alimentatie si in aer.Fiecare dintre noi este expus la radiatia naturala intr-o masura mai mare sau mai mica.

Radioactivitatea naturala a fost definitiv stabilita la toate elementele care au Z>83.Seriile radioactive reprezinta ansamblul de elemente radioactive care derivă unele

din altele prin dezintegrări α şi β ca rezultat al legii transmutaţiei radioactive. Fiecare serie incepe cu un atom radioactiv instabil, numit cap de serie si se termina cu un atom stabil, numit izotop stabil.

Acestea apartin unei serii de elemente radioactive care formeaza o familie radioactiva.

Uraniu (U) este un element chimic, un metal, din seria actinidelor a sistemuluiperiodic al elementelor care are Z =92. Are cea mai mare masa atomica dintretoate elementele natural si este aproximativ cu 70% mai dens decat plumbul si este usor radioactiv. Distributia sa naturala este de circa cateva parti per milion in sol, roci si apa. Uraniul este extras industrial din minerale relativ bogate în concentratie fată de cea naturala , prin procedee mecanice, fizice și chimice .

Principalii izotopi ai uraniului sunt:

U-234 cu o abundenta de 0,006%; U-235 cu o abundenta de 0,72%; U-238 cu o abundenta de 99,275%.

Aceasta proportie din natura se datoreaza timpului de înjumătățire al celor trei izotopi, pentru U-238 acesta este de 4,47 miliarde de ani, iar pentru U-235 este de 704 milioane de ani.

Aplicatii: datarea varstei Pămantului;

capacitatea de a întretine o reactie nucleara în lant. Uraniul epuizat (uraniul-238)este folosit în penetratorul cu energie cinetica si blindarea vehiculelor;

este folosit pe post de colorant în sticla de uraniu, producand diferite tente deculoare,de la portocaliu-rosu pana la galben-llamaie;

a fost folosit si pentru a umbri si a da tente de culoare în arta fotografica; este folosit drept combustibil nuclear sub forma uraniului metalic sau a unor

compusi chimici; sursa de energie pentru producerea curentului electric.

Seriile Uraniului

Cap de serie: U-238 T1/2= 4.46 x109 ani

Final de serie: Pb -206

Emanatia radioactiva: Rn-222 (radon)

Prezinta 12 dezintegrări α şi 8 dezintegrări β.

Fig.6 : Seria uraniului 238

Cap de serie U- 235

Final de seriePb- 207

Emanatia radioactiva Rn-223

Prezinta 12 dezintegrari α si 9 dezintegrari β.

Fig.7: Seria uraniului 235

Toriu (Th) este un element chimic natural radioactiv cu Z= 90. Are 6 izotopi,dintre care cel mai stabil este Th-232, care are un timp de înjumatatire de peste 14 milioane de ani.

Toriul este considerat a fi combustibilul nuclear al viitorului. Mai putin radioactiv decat uraniul, thoriul poate fi exploatat în cariere de suprafata, iar acest lucru are un impact minim asupra mediului si costuri relativ reduse de valorificare.

În urma dezintegrarii nucleare a toriului rezulta un gaz nobil si radioactiv, radonul (Rn). Cantitatea estimata de thoriu din scoarta terestra este de trei pana la patru ori mai mare decat cea a uraniului.

Toriul pur este un metal alb argintiu, care este stabil în aer uscat si isi psstreaza luciul metalic pentru mai multe luni. Atunci cand este adus in mediu umed si bogat în oxigen, începe să se oxideze, devenind treptat cenusiu, apoi negru. Este moale, foarte ductil, putand fi laminat la rece.

Seria Toriului

Cap de serie Th – 232

Final de serie Pb – 208

Emanatia radioactive Rn – 220 numit si toron (izotop al toriului)

Prezinta 7 dezintegrari α si 5 dezintegrari β.

Fig.8 : Seria toriului 232

Radiu (Ra) este un element chimic natural radioactiv cu Z = 88, ce face parte dingrupa metalelor alcalino-pamantoase. Are o culoare alb – argintie si este extrem de radioactiv.Expus la aer oxideaza foarte usor, devenind negru.

Acest element are o abundenta relativ redusa în scoarta terestra si extragerea sa întampina probleme, acestea datorandu-se în mare parte radioactivitatii sale mari.

În prezent, compusii radiului nu au nici o utilizare practica iar metalul este folosit foarte rar ca sursa de neutroni.

Principalii izotopi ai radiului: Ra-223, cu un timp de injumatatire de 11,43 zile; Ra-224, cu un timp de injumatatire de 3,63 zile; Ra -226, cu un timp de injumatatire de 1 601 ani; Ra-228, cu un timp de injumatatire de 5,75 ani.

Dintre cei patru izotopi cel mai stabil este Ra-226.

Seria Radiului

Cap de serie Ra-226

Final de serie Pb-206

Emanatia radioactiva Rn-222

Prezinta 5 dezintegrari α si 4 dezintegrari β.

Fig.9 : Seria radiului

Actiniu (Ac) este un element radioactive natural cu numarul atomic Z= 89 si faceparte din seria actinidelor a sistemului periodic al elementelor. Este un metal alb - argintiu, usor, care a dat numele grupei in care se gaseste. Actiniu straluceste in intuneric, emitand o lumina de culoare albastra.

Datorita raritatii sale, a pretului ridicat si a radioactivitatii mari, acest element nu are un uz industrial semnificativ.

Izotopii actiniului:

Ac-227 reprezinta aproape toata cantitatea de actiniu ce se gaseste in natura. AreUn timp de injumatatire de 21.772 ani si este un produs al seriei radioactive a izotopului U-235.

Ac-225 este extreme de rar. Are un timp de injumatatire de 10 zile si este unprodus al seriei radioactive a izotopului Th-232.

Printre izotopii radioactivi ai elementelor care se gasesc in natura se numara si :

K-40 este un izotop radioactiv al potasiului ce se gaseste in natura in proportie de0,0117% si are un timp de injumatatire de 1.248×109 ani . Este cea mai mare sursa de radioactivitate naturala la oameni si animale, corpul unui adult continand aproximativ 0.0187 grame de potasiu radioactiv.

Izotopul K-40 se dezintegrează în izotopul stabil Ar-40 prin captura electronică sau emisie de pozitroni, sau se descompune în Ca-40 prin dezintegrare beta.

Dezintegrarea izotopului K-40 în Ar-40 activează o metodă folosită în datarea rocilor. O altă aplicație a izotopilor potasiului a fost în studiul meteorologic.

Rb-87 este un izotop radioactiv natural al rubidiului,ce compune aproximativ 28%din rubidiu natural. Este usor radioactiv, cu un timp de injumatatire de 49 bilioane de ani – de trei ori varsta universului.

Izotopul Rb-87 se dezintegreaza in izotopul stabil Sr-87 prin dezintegrare β si a fost utilizat in datarea rocilor.

In-115 este un izotop radioactiv al indiului si reprezinta aproximativ 95% dinindiu natural. Are un timp de injumatatire de 4.41×1014 ani, si de dezintegreaza in izotopul stabil Tin-115 prin dezintegrari β.

Pt-190 este un izotop radioactiv al platinei si reprezinta 0,01% din platinanaturala (cel mai putin abundent izotop), avand un timp de injumatatire de 6.5×1011 ani.

2.2 Radioactivitatea artificiala. Izotopi artificiali

Radioactivitatea artificiala este realizata prin bombardarea unui atom cu particule cu sarcina, sau cu neutroni, de cele mai multe ori in reactorul nuclear, care este sursa principala de izotopi radioactivi artificiali, sau cu ajutorul acceleratorului.

Izotopii artificiali se pot realiza prin urmatoarele procese nucleare:

adaugarea unui neutron radioizotopi bogati in neutronieliminarea unui proton (cu ajutorul reactorului nuclear)

eliminarea unui neutron radioizotopi saraciti de neutroniadaugarea unui proton (in acceleratoarele de particule incarcate)

Plutoniu (Pu) este cel mai important element chimic radioactiv artificial al caruinumar atomic Z= 94.

In prezent, in natura se pot gasi urme ale plutoniului (sub forma izotopilor Pu-238, Pu-239, Pu-244) in minereurile de uraniu. Plutoniu artificial este produs in reactoarele nucleare, din uraniu, prin absorbtie de neutroni.

Plutoniu este un metal gri- argintiu, solid in conditii normale, ce devine galben cand este expus la aer.

Izotopi ai plutoniului:Plutoniu are 20 de radioizotopi dintre care cei mai intalniti sunt:

Pu-238 este utilizat ca sursa de current pentru sateliti. Nu este utilizat pentruArmele nucleare si are un timp de injumatatire de 87,7 ani.

Pu-239 este folosit la producerea caldurii, care este transformata inelectricitate.Are un timp de injumatatire de 24 100 ani si este utilizat in realizarea armelor nucleare.

Pu-240 are un timp de injumatatire de 6 560 de ani.Dintre izotopii plutoniului cei mai des sintetizati sunt Pu-238 si Pu- 239.

Seria plutoniulu

Cap de serie Pu-238

Final de serie Pb-207

Prezinta 13 dezintegrari α si 10 dezintegrari β.

Fig. 10 : Seria plutoniului

Americiu (Am) este un element chimic radioactiv cu numarul atomic Z =95.EsteUn metal argintiu ,usor si solid in conditii normale.

Se considera ca americiul initial (care a existat pe Pamant in timpul formarii lui) s-a dezintegrat pana acum. Americiul care exista in prezent este produs in mod artificial prin bombardarea uraniului si plutoniului cu neutroni in reactoarele nucleare si este utilizat in cercetare.

Izotopii americiului:

Am-241 este cel mai important izotop al acestui element si singurul cu utilizarecomerciala: medicina, cercetare. Are un timp de injumatatire de 432.2 ani si

Am-243 are un timp de injumatatire de 7 370 ani.

Seria americiului

Fig. 11 : Seria americiului

Cap de serie Final de serie Emanatie radioactiva Am-241 Bi-209 Rn-217

Prezinta 10 dezintegrari α si 5 dezintegrari β

Neptiniu (Np) este un element chimic radioactiv, cu Z = 93 si este considerat unmetal ce apartine seriei actinidelor. In prezent, neptunium este realizat in mod artificial in reactoarele nucleare, desi mai exista urme ale acestui element (sub forma izotopilor Np-237 si Np-239) in minereurile de uraniu.

Izotopii neptuniului

Neptuniu are 19 izotopi dintre care cei mai importanti sunt: Np-237, este un produs secundar al reactoarelor nucleare si al productiei de

plutoniu.Este cel mai stabil izotop al neptuniului cu un timp de injumatatire de 2.14 millione de ani, ce prezinta si seria radioactiva a acestui element.

Np-239, produs prin bombardarea uraniului cu neutron. A fost primul elementtransuranian produs sintetic si are un timp de injumatatire de 2 356 de zile.

Seria neptuniului

Cap de serie Np-237

Final de serie Ti-205

Prezinta 9 dezintegrari α si 5 dezintegrari β.

Fig. 12 : Seria neptuniului

Izotopii artificiali ai elementelor chimice din natura:

Cs-137 si Cs-134 sunt radioizotopi ai cesiului. Dintre cei doi, cel mai importanteste Cs-137, produs atunci cand uraniu si plutoniu absorb neutroni si sunt supusi fisiunii. Printre utilizarile lui se numara si reactoarele si armele nucleare. Are un timp de injumatatire de 30 de ani si este un metal alb- argintiu, usor si maleabil.

Co-60 este un radioizotop al cobaltului. Este produs in scopuri comerciale(medicina, industrie) in acceleratoare liniare, dar este si un produs secundar rezultat in urma operatiilor efectuate intr-un reactor nuclear. Este un metal gri-albastrui, solid in conditii normale, ce poate fi magnetizat.

I-129 si I-131 sunt cei mai importanti si mai periculosi radioizotopi artificiali aiiodului. Cei doi izotopi sunt produsi gazosi secundari ai fisiunii uraniului in reactoarele nucleare si ai plutoniului in detonarea armelor nucleare.

I-131 este utilizat foarte mult in medicina nucleara datorita timpului de injumatatire scurt, de 8 zile.

I-129 are putine utilizari practice.

Sr-90 este cel mai important radioizotop al strontiului, desi se cunosc 12 izotopiradioactivi ai acestui element. Sr-90 este un produs secundar al fisiunii uraniului si plutoniului si reactoarele si armele nucleare si se gaseste in deseurile acestora. Cantitati mari de Sr-90 au fost emise in mediu inconjurator in timpul testarii bombelor atomice ,in anii ’50 si ’60, dar pana in prezent aceasta cantitate s-a diminuat.

Tc-99 si Tc-99m sunt radioizotopi ai technetiului. Tc-99 este un produs secundaral reactoarelor nucleare si nu are multe utilizari practice.

Tc-99m este cel mai utilizat izotop din lume, fiind folosit in aproximativ 20 de milioane de proceduri în medicina nucleara ( cum ar fi scanarea rinichilor sau a oaselor). Tc-99m este sintetizat cu ajutorul unui generator molybden/ technetiu, plecand de la izotopul Mo-99 (un produs al reactoarelor nucleare).Mo-99 are un timp de injumatatire de 66 ore, iar Tc-99m unul si mai scutr, de 6 ore.

Capitolul III : Masurarea radioactivitatii

Radiatia ionizanta nu poate fi vazuta, auzita sau simtita. Ea poate fi insa masurata, folosind diferite tipuri de instrumente. Masurand cantitatea de radiatie, se pot detecta sursele de radiatie si se pot lua masuri necesare pentru evitarea efectelor acestora.

3.1 Unitati de masura

Cantitatea de radiatie emisa de un material radioactiv se masoara in unitati de «activitate » : Bequerel (Bq). 1 Bq inseamna o dezintegrare pe secunda. De exemplu, corpul uman are o radioactivitate medie de aprox. 120 Bq / kilogram.

1 Bq = 1 dezintegrare/ secunda

Pe masura ce radiatia trece prin material, inclusiv prin tesuturi vii, ea interactioneaza cu atomii, transferand o parte din energia sa.

Energia cedata unei anumite cantitati de tesut se numeste doza absorbita si se exprima in Gray (Gy).

1 Gy = 1 Joule/ Kg

Doza echivalenta reprezinta diferitele capacitati ale radiatiilor de a produce defecte tesuturilor. Aceasta se obtine prin multiplicarea dozei absorbite cu un factor f si se exprima in Sievert(Sv).

1 Sv = f*Gy

unde: f = 1 pentru radiatii β si γ f = 20 pentru radiatii α

O alta unitate de masura pentru doza echivalenta este rem-ul.

1 Sv = 100 rem

Unele organe sunt mai sensibile la radiatii decat altele. Acest fapt este luat in considerare printr-un factor de risc specific, ducand la obtinerea dozei efective.

Doza echivalenta este ponderata cu factorul de risc specific pentru a se obtine doza efectiva, exprimata in Sievert (Sv) sau miliSievert (mSv).

3.2 Instrumente de masurare a radiatiilor

3.2.1 Numaratorul Geiger – Muller este un detector de particule ce masoara radiatia ionizanta, fiind cel mai utilizat instrument de detective a radioactivitatii.

Instrumentul Geiger – Muller este format din 2 elemente principale: Un tub Geiger, adica un tub de metal ce contine 2 electrozi: un anod si un catod si

este umplut cu un gaz (argon, heliu,neon) Un numarator electronic digital

Fig. 13 : Schema unui detector Geiger - Muller

Functionarea aparatului consta in aplicarea unei diferente de potential, utilizand o grupare RC, intre cei 2 electrozi. Radiatia α, β sau γ care patrunde in tub va ioniza o parte din atomii de gaz. Acesti ioni sunt rapid accelerati la o viteza mare, datorita diferentei de potential, suficient de mare astfel incat sa produca ionizarea altor atomi de gaz. Astfel pentru fiecare raza care intra in tub, un numar mare de ioni se formeaza, ce duc la producerea unui puls de curent electric. Acest impuls este amplificat si condus

catre numaratorul electronic digital, care il inregistreaza, si astfel se poate determina numarul de particule care strabat tubul intr-un timp dat.

Afisarea rezultatelor

Rezultatele obtinute cu ajutorul unui aparat Geiger – Muller pot fi afisate ca rata de numarare sau ca doza absorbita.

Rata de numarare este cea mai simpla citire a aparatului si reprezinta numarul de evenimente ionizante produse intr-un interval de timp prestabilit si se utilizeaza, in special, atunci cand sunt detectate radiatii α sau β.

Afisare ratei dozei absorbite este mai complexa, deoarece tubul Geiger – Muller poate detecta doar prezenta radiatiilor, nu si energia lor, care determina efectul ionizant. Pentru aceasta afisare este nevoie de o conversie utilizand factori cunoscuti, conversie specifica fiecarui instrument si data de calibrare si design.

Acest tip de afisare se foloseste doar pentru masuararea razelor X si γ.

Limitarile aparatului

Exista doua limitari principale ale numaratorului Geiger:

Nu permite diferentierea intre tipurile de radiatii, deoarece impulsul de iesire areaceeasi marime indiferent de tipul de radiatie.

Incapacitatea de a masura rate ridicate de radiatie, din cauza “timpului mort” altubului, dupa fiecare ionizare. In aceast timp nici o radiatie nu va avea ca rezultat o numaratoare, deci rata de numarare indicata de aparat este mai mica decat in realitate. “Timpul mort” depinde de caracteristicile fiecarui tub si pentru compensarea lui unele aparate au circuite specifice.

Tipuri si aplicatii ale numaratorului Geiger

Aplicarea și utilizarea unui contor Geiger depind în întregime de proiectare a tubului.

Detectarea de particule alfa si betaPrimele utilizări ale principiului Geiger au fost pentru detectarea particulelor alfa si

beta, iar instrumentul este încă folosit în acest scop azi. Pentru particulele alfa si a particulelor beta de joasa energie se utilizeaza tipul de tub Geiger- Muller cu fereastra

finala (end window), deoarece aceste particule au o gamă limitată, chiar si în aer liber si sunt usor de oprit de un material solid. Fereastra finala este conceputa suficient de subtire pentru a permite acestor particule sa patrunda in tub cu minima atenuare. Pentru o detectie eficienta a particulelor alfa tubul Geiger – Muller trebuie sa fie la 10 mm de sursa de radiatie, datorita atenuarii particulelor in aer liber.

Tubul produce un puls de iesire ce are aceeasi magnitudine pentru toate radiatiile detectate, deci numaratorul Geiger – Muller cu fereastra finala nu poate diferenta intre particulele alfa si beta. Detectorul tip “clatita” este o varianta a celui cu fereastra finala, proiectat cu o suprafata mai mare de detectare si este utilizat pentru monitorizarea contaminarii cu particule alfa si beta.

Fig.14: Tub GM cu fereastra finala Fig. 15: Tub GM tip “clatita”

Detectarea radiatiilor gamma Pentru detectarea radiatiei gamma se utilizeaza tubul fara fereastra, cu o eficienta

de 1 % datorita interactiunii scazute a radiatiei cu tubul.Un design tipic pentru detectia radiatiei gamma este tubul lung cu pereti subtiri.

Acest model ofera un volum de gaz suplimentar si astfel creste eficienta aparatului.

Detectia neutronilorO varianta a tubului Geiger – Muller utilizat pentru detectia neutronilor foloseste

ca si gaz trifluorura de bor sau heliu 3 si este prevazut cu un moderator de plastic cu rol de a incetini neutronii. Acesta creeaza o particular alfa in interiorul detectorului si astfel neutronii pot fi numarati.

Utilizarea numaratorului Geiger – Muller

Inainte de utilizarea practica a numaratorului Geiger – Muller este necesara calibrarea aparatului.

Calibrarea aparatului presupune masurarea radioactivitatii aerului, numita si zgomot, intr-un interval de timp. Deoarece radiatia aerului variaza cu timpul se fac mai multe masuratori si se face media rezultatelor.

Pentru masurarea radioactivitatii unei anumite probe tubul Geiger – Muller se pozitioneaza cat mai aproape posibil de proba respectiva si se fac mai multe masuratori. Masuratorile se realizeaza pentru acelasi interval de timp ca si la calibrare.

Fig.16: Masurarea radioactivitatii Fig.17: Masurarea radioactivitatii unei probe de apa unei probe de sol

Rezultatele masuratorilor sunt exprimate in dezintegrari/minut si sunt apoi transformate in Bequereli.

Pentru a analiza rezultatele masuratorilor se face o comparatie intre radioactivitatea aerului si radioactivitatea probei analizate. Daca radioactivitatea probei este mai mare decat radioactivitatea aerului atunci proba respective este contaminata cu substante radioactive.

3.2.2 Alte instrumente de masurare

Detectorul cu scintilatie , foloseste un material care, atunci cand este lovit deradiatia ionizanta, devine fluorescent sau emite instantaneu un puls luminos; un detector sensibil la lumina inregistreaza intensitatea radiatiei prin cantitatea de lumina emisa de materialul fluorescent.

Ecusoanele cu film sunt utilizate in special de personalul medical si cel dindomeniul nuclear pentru a masura cantitatea de radiatie primita. Aceste ecusoane folosesc un film care prin expunere la radiatii produce o imagine. Developarea filmului arata expunerea cumulata la radiatii.

Capitolul IV : Efectele radiatiilor asupra sanatatii

Radiaţiile ionizante pot fi periculoase pentru om. În drumul lor, radiatiile ionizante, elibereaza o cantitate suficienta de energie, pentru a putea îndeparta unul sau mai multi electroni din atomii tesuturilor iradiate, deregland activitatea lor chimica normala in tesuturile vii. La un anumit grad de dereglare a acestor procese chimice, celulele vii nu se mai pot regenera pe cale naturala şi raman permanent dereglate sau mor (în cazul distrugerii ADN-ului).

Gradul de severitate al efectelor radiaţiei depinde de: durata expunerii intensitatea radiatiilor tipul radiatiilor

Expunerea la nivele ridicate de radiatii poate provoca:

Efecte deterministe, care sunt efecte biologice pe termen scurt, ce apar de obiceiIn urma unui incident specific (inrosiri si/sau arsuri ale pielii, boala de iradiere). Aceste efecte apar doar daca se atinge un nivel de prag al dozei incasate. Simptomele apar cu atat mai repede si sunt cu atat mai severe cu cat doza de radiatie a fost mai mare.

Efecte stocastice, care sunt efecte biologice intarziate, a caror probabilitate deaparitiedepinde de doza totala incasata si de obicei apar dupa un timp (mai multi ani sau chiar zeci de ani) dupa un incident sau o expunere cumulativa. Acestea se manifesta prin cresterea riscului de cancer si boli ereditare.

O persoana normala, care nu este expusa unor surse suplimentare naturale sau artificiale de radioactivitate, primeşte o doza a radiatiei naturale între 2 şi 3 mSv pe an.

Sensibilitatea tesuturilor umane la radiatie difera in functie de tesut, de exemplu o doza de 1 Sv la organele de reproducere este mai daunatoare decât 1 Sv la ficat.

ActivitateDoza echivalentă primită de o persoană

Doza medie mondială din toate sursele

2,8 mSv pe an

Zbor cu avionul dus – întors Europa–SUA

0,1 mSv

Radiografie pulmonară 0,1 mSv

Procedură medicală cu doză ridicată

5–10 mSv

  Fig. 14 : Example de doze

Capitolul V : Protectia impotriva radiatiilor

Datorita faptului ca se presupune ca orice doza de radiatii genereaza anumite riscuri şi fiindca întotdeauna exista un anumit nivel de radiatii de fond în natura, nu este posibil sa eliminam toate riscurile asociate cu aceste radiatii. Pentru a mentine acest risc la un nivel cat mai scazut, permitand, in acelasi timp, utilizarea benefica a radiatiilor si a materialelor radioactive, au fost elaborate o serie de principii de protectie pentru acele activitati care conduc la cresterea dozelor incasate de oameni:

Aceste activitaţi trebuie desfasurate numai daca efectele pozitive le depasesc pecele negative, adica în cazul în care beneficiile rezultate din aceste practici vor fi mai mari decât riscurile generate;

Riscurile de radiatii – dintr-o anumita activitate– nu trebuie sa depaseasca limitelespecificate;

Chiar si sub aceste limite, riscurile de radiatii trebuie mentinute la cel mai scazutnivel rezonabil posibil, adica trebuie luate masuri pentru a reduce riscurile cat mai mult, cu exceptia cazului în care acestea sunt prea costisitoare sau dificile în comparatie cu posibila reducere a dozei.

Pentru acele surse de radiatii care pot fi controlate, exista limite pentru dozele pe care populatia le poate primi.

Un individ nu trebuie sa primeasca mai mult de 1 milisivert pe an de la toate unitatile nucleare şi de la alte activitaţi generatoare de radiatii. Acest lucru nu include dozele primite de o persoana din sursele naturale de radiatii sau în scopuri medicale.

Un individ care lucreaza cu radiatii nu trebuie sa primeasca mai mult de 20 mSv pe an din activitatea respectiva. Exista restrictii speciale referitoare la femeile însarcinate care lucrează cu radiatii, pentru a garanta protectia fatului.

Acestea sunt limite superioare, însa nu este suficienat conformarea la aceste limite. Dozele trebuie mentinute la o valoare cat mai joasa posibil în limite rezonabile, ceea ce de regula inseamna ca sunt cu mult sub aceste limite. De fapt, numai un numar limitat de persoane, care traiesc în apropierea facilitatii respective pot primi doze aproape de limitele prevazute pentru populatie, însa pentru majoritatea oamenilor dozele de la acele facilitati vor fi mult mai reduse. Si majoritatea lucratorilor din industria nucleara nu primesc mai mult de cativa mSv pe an, iar lucratorii din alte domenii – cum ar fi

personalul de pe liniile aeriene sau personalul medical – primesc doze similare în activitatea lor profesionala.

Bibliografie

www.sciencedirect.com

www.metadata.berkeley.edu

www.agentianucleara.ro

www.chemoglobe.org

www.chempaths.chemedlle.org

www.wikipedia.org

www.geigercounter.org

www.bt.cdc.gov

www.orise.orau.gov