1 3. RADIOACTIVITATEA Fenomenulradioactivitii,sesizatatdeBecquerelncdin1886,afostevideniatprinradiaiaspecific,emisdeuraniulnatural.DupdoianiPierrei MarieCurieaudescoperitradiulipoloniul,iaustudiatradioactivitateaacestor elementedintoatepuncteledevedere.Dupaceea,radioactivitateaafost descoperitilaalteelementegrele:actiniulithoriul.Maitrzius-astabilitc izotopii naturali ai unor elemente uoare i mijlocii sunt de asemenea radioactivi. Substaneleradioactiveauproprietateadeaemite,frvreoinfluendin exterior,particulesauradiaiicareprovoacionizareagazelor,nnegrireahrtiei fotografice precum i fenomenul de luminiscen a unor substane.Existtreitipurideradiaiiradioactive:alfa (o),beta(|)igama(). Substaneleradioactiveauotemperaturntotdeaunacevamaimaredect temperatura mediului nconjurtor. Toatefenomenelecaracteristiceradioactivitiisuntcauzatedefaptulc nucleelesubstanelorradioactivesuferdezintegrrispontanenaltenuclee.Aceste dezintegrrisecaracterizeazprintr-ovitezdedezintegrareioenergiea particulelor emise bine determinat pentru fiecare tip de nucleu. 3.1 Familii radioactive Noiuneadefamilieradioactivsauirradioactivarezultatdinexperien: dacsepreparuraniufoartepur,dupuntimpdestuldemareseconstati prezenaradiului.Acoloundeexistradiuaparedupunanumitintervaldetimpi radon, care apoi prin dezintegrri succesive va trece n plumb stabil.2Existtreifamiliiradioactivecarecuprindradioizotopiielementelordela sfritulsistemuluiperiodic,lacaresemaiadaugncuna,careafostpusn evidendoar dup descoperirea unor elemente transuraniene (Neptuniu). Cele patru familiiradioactivesunturmtoarele:familiaThoriului,Neptuniului,Uraniuluii Actiniului, i au urmtoarele trsturi comune: - toate se termin cu cte un nucleu stabil; - conin termeni cu timpi de njumtire diferii; -uneleelementedincadrulacestorfamiliisepotdezintegrandousaumaimulte moduri distincte. - fiecare familie natural conine cte un gaz radioactiv: thoron, radon, actinon. 3.2 Caracterizarea radiaiilor nucleare Toatencercrileefectuatedupdescoperirearadioactivitiinscopulgsirii unormijloacecaresinfluienezevitezadedezintegrareradioactivaurmasfr rezultat. S-aconchisastfel,cradioactivitateaesteunprocesspontan,oproprietate a nucleului atomic ce nu poate fi influenat denici un agent exterior, ea disprnd de la sine n timp. Studiileefectuateaustabilitcradiaiileemisesunteterogene.Aplicndun cmp magnetic puternic, perpendicular pe direcia de propagare, se obine despicarea fascicululuintreicomponente:ocomponentdeviatputernic,compusdinsarcini negative,ocomponentmaipuindeviatcompusdinsarcinipozitiveio component nedeviat, neutr electric. Aceste tipuri de radiaii sunt: 3.2.1.Radiaiilealfa()-suntnucleedeatomideheliu 42Hecumasa4i sarcina2.Suntexpulzatecuvitezede(1,4-2) .107m/sienergiide2-9MeV. Acesteaproducdiferiteefectechimicealcrormecanismestelegatdeproprietatea 3de ionizare a particulelor alfa. Ele descompun apa cu formare de oxigen i hidrogen; n acelai timp, n soluie se formeaz ap oxigenat.Acidulclorhidric,amoniacul,hidrogenulsulfuratialtesubstanesimilarese decompunsubaciunearadiaiiloralfanelementelelorcomponente;totodatse observ ns i reacia invers de formare a combinaiilor respective din elemente. n mod analog se produce i ozonizarea oxigenului. Subaciuneaparticuleloralfanproceselededescompunerechimicide formareaasoluiilorcoloidaleesteposibilsaparifenomenuldecolorareaunor substane: NaCl, diverse minerale, sticl, etc..Substanele organice de tipul hidrocarburilor sufer transformri complexe sub aciuneaparticuleloralfa:pedeopartemoleculeleserupformndmoleculemai simple,iarpedealtparte,seproducsintezede substane mai complexe dect cele iniiale. Simultanseproducdeobiceiurmtoarelefenomene:1)dehidrogenri;2) condensrisaupolimerizri;3)hidrogenareasubstanelornesaturate;4) depolimerizri etc.. Radiaiilealfasecaracterizeazprintr-oactivitateradiantchimicmare.De aceea,elepot fi uor puse n eviden prin metode fotografice, cu toate c parcursul particulelor alfa n emulsii fotografice nu este prea mare.Radiaiilealfaauoaciunefiziologicputernic.Eleprovoacarsuriialte proceseinflamatoriiasuprapielii.Ptrundereanorganismasubstanelorcareemit radiaiialfaestefoartepericuloas.nacelaitimp,iradiereacuradiaiialfan anumitedozeareunrolimportantntratareaunorbolidepiele,darmai ales a unor tumori maligne. 3.2.2.Radiaiilebeta()-suntradiaiibeta (-)(electroni)iradiaiibeta (+) (pozitroni). Acestea sunt emise de nucleele radionuclizilor cu viteze de (1-3).108 m/s . Au un spectru energetic continuu, limita superioar a energiei fiind o caracteristic a 4radionuclidului, energia medie fiind cca.1/3 din energia maxim. Energiile purtate pot fi ntre 0,017- 16 MeV.Activitatea chimic a particulelor beta este mult mai puin accentuat dect cea aparticuleloralfa,nsptrundmaiadncnsubstan.Aciuneachimica particulelor beta se exercit probabil mai ales prin ionizarea atomilor i a moleculelor substanei iradiate. Radiaiile beta impresioneaz placa fotografic, descompun apa cu formare de hidrogen,oxigeniapoxigenat.nsoluiiapoase,oconcentraiemarederadiii beta duce la reacii puternice de reducere a substanelor dizolvate.Radiaiilebetaprovoacdescompunereasubstanelororganice,nspeciala hidrocarburilorsaturate,cndseformeazcarbon,hidrogenihidrocarburi nesaturate.Pedealtparte,subaciunearadiaiilorbetaasuprahidrocarburilor nesaturate,sepoatemrirandamentulnpolimeriimicoratotodatcantitateade produi gazoi rezultai. 3.2.3.Radiatiilegama()-suntradiaiidenaturelectromagneticcu lungimeadeund~10 -10micuomareputeredepenetraie.Producerealor arelocntimpuldezintegrriialfasaubetaanucleului,cndseobineostare excitat,carerevenindlastareafundamentalemiteradiaiigama.Radiaiilegama auocapacitatedeptrunderemareioaciunedeionizaremic.Fiindradiaii electromagnetice, acestea nu sunt deviate de un cmp magnetic. Aciuneachimicaradiaiilorgamaestedeasemenealegatdeputerealor ionizant, deoarece depinde de formarea ionilor i electronilor rapizi smuli din atomi sau din molecule. Datorit puterii penetrante mari, aciunea lor n comparaie cu cea a particulelor beta, se poate exercita asupra unui volum mai mare de substan iradiat, de exemplu asupra unei soluii.Subaciunearadiaiilorgamasubstaneleanorganicedizolvatenapse oxideazsausereduc.SubstaneleorganicesedescompunpunndnlibertateCO2 5sau H2. Apa pur nu se decompune n hidrogen i oxigen ns n prezena oxigenului sauaaeruluidizolvatseformeazapoxigenat.Areloco aciune de activare i n acest caz rolul principal l are formarea de radicali liberi (H. i OH. ). Dezintegrarea radioactiv este un fenomen specific nucleului nsui, depinznd numaidestructurainternaacestuia.Eaarelocdupolegestatistic,astfelnct numrul de dezintegrri dN ce pot avea loc n timpul dt este proporional cu numrul de nuclee N existente la momentul t i cu constanta de dezintegrare :

dNdtN = (1) respectiv :dNN dt = } } 00tNN (2) Prin integrare se obine :N=N0 e-t(3) unde: N reprezint numrul de nuclee nedezintegrate existente la momentul t ; N0 este numrul iniial de nuclee. Dacsecunoatevaloareaconstanteidedezintegrare, se poate calcula timpul denjumtireiviaamedieaatomuluiradioactiv.Printimpdenjumtire(T1/2) senelegeintervaluldetimpncarenumruldenucleedeunanumittipprezente ntr-o surs radioactiv se reduce la jumtate: N2Ne00- T1/ 2= (4) = T ln21/ 2(5) 6Tln21/ 2 = = 0 693 .(6) Dac iniial sunt prezente N0 nuclee radioactive, dup timpul t mai rmn N = N0e-tnucleenedezintegrate.Oricenucleupoateaveaoviacuprinsntre0i. Nucleelecaresedezintegreazntretit+dtauviaat.Numruldenucleecareau viaa teste dat de relaia (10) : Ndt = N0e-t dt(7) Viaa total a tuturor nucleelor va fi : tNdttNe dtN0- t0 0 0 } } = = (8) Prin divizare cu N0 se obine viaa medie t :t =1(9) Viaa medie t este mai mare dect T1/2 i este dat de relaia : t =T1/2 / 0.693 = 1.44 T1/2 (10) Mrimi caracteristice surselor radioactive ActivitateaAesteomrimedebazcecaracterizeazsurseleiestedatde relaia : A = = dNdt N (11) 7Aceasta reprezint numrul de dezintegrri dintr-un radionuclid produse ntr-o cantitate de substan n unitatea de timp. Activitatea unei surse scade n timp dup o lege exponenial : A = A0 e-t (12) ActivitateaspecificAsesteraportuldintreactivitateauneisurseimasa acesteia : | | AAsmskg-1 -1= (13) ActivitatearedusAr.nmsurtorileradiometrice,numruldedezintegrri determinatdiferdecelrealdincauzelegatedenaturaitipuldetectoruluide radiaii,deschemadedezintegrarearadionuclidului.npracticselucreazcu activitatea redus Ar, care se refer la numrul de impulsuri nregistrat n unitatea de timp : Ar = g s A(14)unde : g = factor de detecie a radiaiei; s = factor de schem. PutereasurselorP.SurseleradioactivesemaicaracterizeazprinputereaP, care reprezint produsul dintre A i energia Wd eliberat ntr-un act de dezintegrare : P = AWd (15) Uniti de msur pentru radioactivitate 8Pentrumsurareacantitiideradioactivitates-astabilitounitatedemsur careafostdenumitcurie(nmemorialuiPierreiMarieCurie,careaudescoperit radiul).Caunitatederadioactivitates-aadoptatradiaiaunuigramderadiucarese gsetenechilibruradioactiv cu toate celelalte produse de dezintegrare. Msurtori exacteauartatcungramderadiuemitentr-osecund3.71010particuleo. Aceasta nseamn c ntr-o secund se dezintegreaz un numr egal de atomi (nuclee de radiu). Prin urmare: 1 curie (Ci) = 3.7 1010 dez./sA mai fost propus ca unitate de msur a radioactivitii i rutherford-ul (Rd). Aceast unitate corespunde la 106 dezintegrri pe secund i are urmtorii coeficieni detransformarencurie:1Rd=1/37mCi=27Ci. ntre timp, unitile de msur pentruradioactivitates-audiversificatispecializatnaafelnctlaoraactual exist mai multe mrimi care se folosesc n domeniu i care sunt prezentate n tabelul urmtor : Tabelul 1. Mrimea msuratDefiniieSistem vechi de msur Sistem nou de msur Sursa de radioactivitate emite radiaii : ACTIVITATEA Numrul de dezintegrri pe secund Curie [Ci] Bequerel [Bq] 1Bq=2710-12Ci 1Ci = 3.71010Bq O parte din radiaii sunt absorbite de corpul uman : DOZA ABSORBIT Cantitatea de energie primit pe unitatea de mas iradiat RAD Gray [Gy] 1rad =0.01 Gy 1Gy =100 rad Numai o parte din radiaii au efect asupra organismului ECHIVALENTUL DOZEI Efectul radiaiilor asupra organismului REM Sievert [Sv] 1rem = 0.01 Sv 1Sv = 100 rem 9Proceseledeinteraciunearadiaiilornuclearecumateriavienudifer,n esen,decelecareaulocncazulmaterieilipsitedevia;excitarea,ionizarea, deplasareaatomilor,disociereamoleculei.Efecteleinteraciuniiradiaiilornucleare cu materia vie difer ns n mod esenial datorit particularitii materiei vii i anume datorit naturii i proceselor biologice care au loc n aceasta. Radiaiile nucleare pot aciona asupra materiei vii n trei moduri i anume: - prin aciune direct; - prin aciune indirect; - prin aciune la distan, conducnd la apariia unor efecte biologice n materia vie. Prinaciunedirect,radiaiilenucleare,caurmareaexcitriloriionizrilor, determinruperealegturilorchimicedincelulavieiprinaceasta,distrugerea parial sau total a esutului. Ca urmare celula nu-i mai poate ndeplini funcia sa n organism,aparperturbaiifuncionalefiindlezatemacromoleculeledeimportan vital pentru organism, cum suntproteinele sau acizii nucleici. Efectelebiologicenupotfiexplicatenumaiprinaciuneadirectaradiaiilor nucleare ntruct n realitate apar i efecte ale aciunii indirecte a radiaiilor i anume datorittransformrilorcareaparnurmaproceselorradiochimiceceaulocn materiavie.Mediuldebazncaresedesfoarproceselebiologicefiindapa, efecteleindirecteaparca rezultat al ionizrii acesteia. Produsele de descompunere a apei - ionii i radicalii liberi - acioneaz ca ageni reductori asupra moleculelor din materia vie, perturbnd funcionarea normal a proceselor biologice din aceste celule. Aciunealadistanseproducenurmairadierilorlocaleaanumitororgane sauesuturi.Datorittoxinelorcareaparnesutulsauorganuliradiatidincauza rspndiriilornorganism,potapareanumiteefectebiologicenociveasupraaltor esuturisauorganeneiradiate.Aceastaindicfaptulcnorganismapar 10interdependenentreorganeleiradiateiceleneiradiate,organismulrspunzndca un sistem imunitar la aciunea radiaiilor nucleare. Indiferentdemoduldeaciunearadiaiilorasupraorganismului,efectele biologice pe care acestea le induc n organism sunt de dou feluri : efecte somatice i efecte genetice. Efectelesomaticeaparlaindividuliradiatndecursulvieiiacestuia,mai devremesaumaitrziu,isepotmaterializaprin:nroirisauarsurialepielii, scderea numrului de globule albe din snge, necroza oaselor, distrugerea organelor hematopoetice,micorareafertilitiisauchiarsterilitateaorganelorgenitaleetc. Expuneri mai ndelungate pot provoca apariia neoplasmelor.Efectelegenetice nu aparncursulvieiiindividului,eleconstaunmodificrialecaracterelorbiologice ereditaredeterminatededeteriorareacoduluigenetictransmisurmailoricarepot aveacarezultatdeficienemintalelanoiinscui,malformaiietc.Mutaiileinduse priniradierepotproduceefectegeneticelaprimageneraiesaudupmaimulte generaii. Evaluarea cantitativ a dozelor de radiaie Pentruevaluareacantitativaefectelorbiologicepecareradiaiileleproduc asupraorganismului,estenevoiedeunsistemadecvatdemrimiiuniti,cares permit msurarea cantitii de radiaii primit de organism. Efectele biologice nu se datoreazenergieiincidente,cienergieiabsorbitedeesut;prinurmare,pentru evaluarea acestor efecte, este necesar msurarea energiei absorbite. Unuldinprimelesistemedemsurutilizateafostsistemulrentgenografic, bazatpemsurareaionizriinaerprodusederadiaii.Mrimeaprincipala sistemuluirentgenograficestedozadeionisauexpunerea,care este raportul dintre sarcinatotalaionilordeunanumitsemn,produidirectsauindirectderadiaia incident ntr-un volum V de aer i masa aerului din acel volum : EQm= (16) 11Caunitatedemsuradozeideionisefoloseterentgenul,carereprezint cantitateaderadiaiiXsaucareproducentr-unkilogramdeaeruscat,la0Ci presiune normal, un numr de perechi de ioni cu sarcina de 2.5810-4 C.Acestsistemareodeficienmajor,prinaceeacfoloseteaerulpentru msurarea ionizrii, de aceea a fost necesar elaborarea unui sistem mai perfecionat, caresfieindependentdetipulradiaieiidematerialuliradiat.Caurmare,s-a adoptatoaltmrime,ianumedozaabsorbit,carereprezintenergiaprimitde unitateademasntr-osubstaniradiat.Aceastmrimearecaunitateradul(1 rad=10-2J/kg).Niciaceastmrimenuestesatisfctoarepentruevaluareaefectelor biologice,deoarecenproducereaunuiefectbiologic,uneleradiaiiauefectmai maredectaltele.ntr-adevr,pentruaceeaienergieabsorbitdeesut,particulele ncrcate i neutronii produc efecte mai pronunate n organism. Aceasta a condus la introducerea noiunii de efectivitate biologic a unei radiaii. Efectivitatea biologic a uneiradiaiinuclearemonocromaticeestedeterminatdeinversulvaloriienergiei absorbiteprinprocesedeinteraciunenecesarpentruaproduceunanumitefect biologic.Ingeneralparticulelecareproducionizareliniarmaimare(protoni, helioni)conduclaefectebiologicemaiputernicedectparticulelecareproduc ionizare liniar mai mic (electronii). Dacefectivitateabiologicauneiradiaiioarecareseraporteazla efectivitateabiologic a unei radiaii standard (radiaia X de 200 KeV, uor filtrat), careseiaegalcuunitatea,seobineeficacitateabilogicrelativ(q).Aceastaia valoarea1pentruradiaiaX,ielectroni,ipoateajungela10pentruprotoni, particule o sau neutroni rapizi. Introducereaeficacitiibiologicerelativeapermistrecerealasistemul radiologic,carearecamrimeprincipaldozabiologic(|),definitcaprodusul dintre doza absorbit (D) i eficacitatea biologic relativ(q): 12| = Dq(17) Unitatea de msur a dozei biologice este remul. Introducerea dozei biologice d posibilitatea evalurii efectului biologic produs deiradiereacudiferitetipurideradiaiinucleare.Sepoatedefiniidebituldozei biologice(b)cafiinddozaprimitnunitateadetimp;aceastmrimeeste importantnapreciereaefectelorbiologicencazulexisteneiunorprocesede regenerare n organism.Avndnvedereimportanaefectelorpecareleproducradiaiilenucleare asupraorganismuluiiposibilitateaapariieiacestoralapersoaneleexpuse profesional sau accidental, s-a cutat limitarea expunerii pn la limita la care nu apar efectevtmtoare.Astfel,lapropunereaComisieiInternaionalePentruProtecie Radiologic,s-austabiliturmtoarelenivelemaximedeiradiereadmise:pentru expunereaprofesional5remi/an,pentruexpunereaneprofesional1.5remi/an,iar pentru populaie 0.5 remi/an. Reacii nucleare Oreacienuclearesteotransformarenuclearprodusnurmaunuiproces de interaciune a unui nucleu atomic cu o particul bombardant.Interaciunile dintre o particul i un nucleu atomic pot fi redate sub forma: a+X=b+Y(87) unde: a - particula incident; X - nucleul int; b - particula emis; Y - nucleul rmas. Dacaibsuntidentice,interaciuneasemanifestcaomprtiereelastic sau neelastic. Dac a i b sunt diferite, se produce o reacie nuclear.13Fiecarenucleuexpuneuneiparticuleproiectiloanumitsuprafa,datde posibilitatea de producere a reaciei nucleare respective. Aceasta se numete seciune eficacedereacie(o)ipoatefimaimaresaumaimicdectariageometrica nucleului int. Mai precis, seciunea eficace de reacie este definit prin relaia: n=o | N x(88 ) unde:n = numrul de procese de tipul considerat, care au loc n unitatea de timp, n ntreaga int; o = seciunea eficace de reacie; | = numrul de particule incidente n unitatea de timp; N = numrul de atomipe cm3 din int; x = grosimea intei. Unitatea de mas a seciunii eficace este barnul (b), care este echivalent cu 10-24 cm2. Pentruunnucleudat,seciuneaeficacedereacievariazcunaturaicu energia particulei bombardante. Oparticulbombardantpoateinteracionacunucleulatomicndiverse moduri, impunnd pentru fiecare tip de interaciune o seciune eficace parial, astfel c: otot=oa+ob+oc+ ... + oX(89 ) unde, seciunea total otot este o nsumare a proceselor pariale care au loc. Reacianuclearpoateavealocnumaidacparticulaincidentareoenergie cinetic mai mare dect valoarea minim, numit prag de excitare. Daclareacianuclearparticipparticulencrcate,estenecesarcaacestea saiboanumitenergiepentruaputeastrbatebarieracoulombiananucleului int. Barieracoulombianmicoreazvaloareaseciuniieficacedereacieprin intervenia aa numitului efect tunel. 14Dacdinprocesulnuclear,definitcaoreacienuclear,rezultaceeai particulcaiceaincident,sespunecarelocodifuzie(a=b).Uneleparticule bombardantetrecndprinapropiereanucleuluisuferrepulsiacoulombian schimbndu-i direcia (difuzie coulombian). Altele pot interaciona cu nucleul int, iaracestarmnentr-ostareexcitat,caurmareaenergieicineticepreluatdela particula bombardant, careeste difuzat neelastic. Dac nucleul este lsat n starea lui fundamental, are loc o difuzie elastic a particulelor emergente. Celmaifrecventtipdereacienuclearntlnitnanalizeestecaptareaunui neutrontermicdectreunnucleu.Inurmacaptriinucleulesteexcitat.Acestai reorganizeaz structura intern, operaie care se realizeaz cu emiterea de fotoni i cu formarea unui nou nucleu cu masa mai mare cu o unitate dect a nucleului iniial. O reacie important produs de neutronii termici este fisiunea nuclear. Ea are locprincaptareaneutronilordectrenucleelegreleicreareaunuinucleufoarte instabil, care se fragmenteaz n dou componente nucleare cu numere atomice foarte diferite i cu emiterea mai multor neutroni rapizi. Neutroniirapizi,avndenergiideordinulMeV-ilor,participlareacii nucleare mult mai complicate i mai diverse. Particulele cu sarcin pot participa de asemenea la reacii nucleare; energia lor cineticnecesarpentruanvingerepulsiacmpuluielectricnuclearestedeordinul MeV-lor. O astfel de energie poate fi obinut prin accelerarea particulelor respective n acceleratoare de particule. Inceeacepriveteabsorbiafotonilordectrenucleulatomic(reacii fotonucleare)aceastaarelocncondiiidiferitefadeabsorbiaparticulelor ncrcate.Lareaciilefotonucleare,seciuneaeficacevariaznfunciedeenergia fotonilor.Reaciilefotonucleareauaplicaiinanalizaprinactivare,nspeciala elementelor uoare. 15Fisiunea nuclear n1938,doifizicienigermani,O.HahniF.Strassmann,punneviden, prinbombardareauraniuluicuneutroni,formareadeelementedemasatomicmai mic.Totlor,lerevinemerituldeainterpretacomportareachimicanoilor elementecafiindizotopiradioactiviaibariuluiilantaniului.Maitrzius-au descoperitalteelementeradioactivenproduselerezultatedelabombardarea uraniului cu neutroni. Numeroasenucleeatomicepotfisionandoufragmente,subaciuneaunei particuledenaturvariatianimatdeoenergie cineticmaimaresaumaimic. ns, fisiunea folosit pentru producerea de energie este un fenomen mai particular. Fisiunea este divizarea unui nucleu greu la impactul cu un neutron. Izotopulradioactivalhidrogenului(tritiul)seobinepriniradiereanucleelordelitiu cu neutroni termici n reactorul atomic. In cazul acesta are loc urmtoarea reacie: 63011324Li n H He + + Tritiul sufer o dezintegrare a crei schem este prezentat n fig.1 3H 0,017912,41 ani 3He Fig.1. Schema dezintegrriitritiului . Tritiulformeazradiaiibetacuunspectrusimplu,nefiindnsoitderadiaii gama.Numruldeparticule|laosingurdezintegrareesteegalcu1.Energiaparticulei beta P| este egal cu 0,0179 MeV. Unnuclidestenumitfisil(fisionabil)dacunneutronpoateprovocafisiunea nucleului,chiardacenergiacineticaacestuia(neutronului)esteneglijabil. Altfel zis, nucleele unui nuclid fisionabil, sufer fisiunea sub impactul unor neutroni, numii 16termici,acrorenergiecineticesteinferioarvaloriide0.1eV.Exist4nuclizi fisionabili folosii sau care pot fi folosii: 92235U ; 92233U ; 94239Pu; 94241Pu Seconstatctoipatruaunucleefoartegrele,coninndunnumrparde protoni i un numr impar de neutroni, ceea ce poate fi justificat din punct de vedere teoretic, mai ales prin modelului picturii de lichid Uraniu235esteradioactivalfa,cuperioada de njumtire7.2.108 ani; este singurul nuclid fisionabil natural. Elementul uraniu natural, conine 0.71% uraniu 235, restul 99.29 % este uraniu 238, neglijnd uraniu 234 care e doar0.0055 %. Ceilalinuclizi fisionabili sunt artificiali. Plutoniu 239 se formeaz n reactoarele nucleare plecnd de la uraniu 238. Au loc urmtoarele reacii: 9223801U n + v 92239U | 93239Np| 94239Pu (23.5 min.) (2.3 zile) Acesta este radioactiv alfa, de perioad 24.400 ani. Uraniu 233 poate fi obinut plecnd de la Thoriu 232, care este natural:

9023201Th n + v

90233Th |

91233Pa|

92233U (23 min)(27 zile) Acesta este radioactivalfa, de perioad160.000 ani. nceeaceprivetePlutoniu241,elseformeazplecnddela 239Puprin capturi succesive de doi neutroni: 9423901Pu n +94240Pu 17 9424001Pu n + 94241Pu Acesta este radioactiv |- : perioada sa este relativ scurt: 13.2 ani. Nuclizii 238U i232Th, care se gsesc n mod natural i din abunden i care pot da natere la nuclizi fisionabili sub aciunea neutronilor, se numesc fertili. Neutroniiacrorenergiecineticestedeordinulmegaelectronvolilor, provoac fisionri, nu numai n nuclizi fisionabili, ci i n civa nuclizi nefisionabili. Astfelunnucleude 238Usuferfisiuneacucondiiacaneutronulincidentsaibo energie cinetic de cel puin 1 MeV. Unnucleuinstabil,caurmareaunuiexcesdeneutroni,estengeneral radioactiv|-adicunneutrondevineproton, n timp ce are loc emisia unui electron i a unui neutrino. ns sunt cazuri cnd are loc i expulzarea unui neutron, dar acest proces este excepional. Iat un exemplu: Nuclidul 3587Bresteunprodusprimardefisiune;perioadasaestede55 secunde, i are dou ci de dezintegrare: Pentru 30% din nuclee, are loc urmtoarea dezintegrare: 3587Br |

3687Kr | 3787Rb

3887Sr (55s) (1,25h) (5.1011ani) (stabil) nspentru70%dinnuclee,nurmaprimeidezintegrri|-,electronuli neutrinosuntemiicuoenergiemultmaislab,naafelnctnucleulde Kripton 87esteobinutntr-ostarefoarteexcitat 4687Kr-;foarteinstabil,acestnucleu, expulzeaz imediat un neutron i rezult nucleul stabil de 3686Kr-. Totulsepetrececaicumacestneutronafostemisprinradioactivitatecu perioada bromului 87, adic 55 secunde: 18

3587Br | 3687Kr*

368601Kr n +(55 s) (10-14 s) (stabil) Sepotdistingedoucategoriideneutroniemiintimpuluneifisiuni.Marea majoritate(99.35%ncazul 235U)sunteliberainmomentulfisiunii;suntnumii neutronifermi(promi).Omicproporie(0.65%)suntneutronintrziai;eisunt emiidectrenucleeceprovindinfisiune,cuontrzierecepoatevariadela fraciune de secund la cteva minute. Concret, pentru 235U, ei sunt clasai de obicei nasegrupe;ceamaiimportantreprezentnd0.25%,esteemiscuoperioadde 2.5 secunde. Cutoatecnumrullorestemic,neutronintrziaiauomareimportan tehnic; datorit lor este posibil controlul funcionrii unui reactor nuclear. Fuziunea nuclear Studiindformacurbeienergeticedelegturpenucleonnfunciedemasa atomic(Fig.1),seobservciavalorimarinregiuneamaselormijlociiivalori micinregiunilemaselormiciimari.Deaici,rezultcunaltprocesde transformare nuclear cu degajare de energie l poate constituitransformarea care s duclacontopireaunornucleeuoare,formndnucleemaigrele,procescarese numete fuziune nuclearIn esen, acest proces const n fuzionarea a dou nuclee de mas mic spre a formaunnucleudemasmaimare.Energiadelegturcrescndsevaobineo degajaredeenergiecorespunztoare.Cumvariaiaenergieidelegturnregiunea maselormiciestemultmairapid,neputemateptalaodegajaremaimarede energie dect n cazul fisiunii.19Acestprincipiufiindcunoscut,s-arpreacprocesuldefuziuneideci energia degajat este la ndemna noastr, fr prea mari eforturi.Totui, dup cte setie,nprezentenergiadegajatnproceseledefuziunenuestencfolositnpractic, deoarece nu dispunem de mijloacele necesare pentru ntreinerea unui astfel de proces. Pentrucaprocesuldefuziunespoatavealoc,celedounucleeiniiale trebuie s ajung n contact, adic s se apropie ntre ele la distane mai mici de10 -13cm.Acestlucrunuesteattdeuorderealizat,deoarecenucleeleposedsarcini electricedeacelaisemni,nconsecinladistanemici,suntsupuseunorfore electrostaticederespingere.Pentrunvingereaacestorfore,estenecesarca particulelecareinteracioneazsposedeenergiicineticeiniialeridicate.Inaceste condiii,neputemimaginarealizareauneiexperienede fuziunenfelulurmtor: un fasciculdenucleeuoare,acceleratelaoenergiesuficientdemare,estetrimispeo intformat,deasemenea,dinnucleeuoare.Experienanuestedificil,dar numrul de nuclee care vor suferi procesul de fuziune prin aceast metod este foarte mic.Putemaprecianumruldeactedefuziunenecesareproduceriiuneicantiti datedeenergie,cunoscndenergiadegajatlaunactelementar.Spresupunemc vremsobinem1MWicenergiadegajatlaunactdefuziuneestede4MeV (fuziunedeuteriu-deuteriu).Stiindc1MWh=2.25.1028eV,rezultunnumrde 2.25.1028/4.106=5.64.1021actedefuziunentr-oor,sau1.57.1018actedefuziune ntr-osecund.Acestnumrenormdeactedefuziunentr-osecundnupoatefi obinut prinmetoda propus anterior, n primul rnd fiindc intensitatea fasciculelor nacceleratoareleexistenteazinudepete1016particule/s,iarpedealtparte seciuneaprocesului(probabilitateadeproducere)limiteazieadrastic randamentul reaciei. Pentruarezolvaproblema,sepoateimaginaoaltmetod,bazatpe ciocnirile care au loc ntr-un gaz. Intr-un volum dat, moleculele unui gaz, la presiune 20normal i o temperatur suficient de ridicat, pot suferi un numr de ciocniri care s seapropiedecifraestimatanterior.Temperaturanecesarpentruiniiereaacestui processepoateestimatiindc,energiamediede1eVamoleculelordegazse obinelaotemperaturde11605 0K. Deci energia medie de 1 keV se poate obine laaproximativ11milioanede 0K.Inacestecondiii,reaciadefuziunepoateavea loc.Concluziaaceastaestecorectieacorespundemecanismuluidedegajarede energie care se petrece n mod spontan n stele (n particular n Soare). In consecin, declanareareacieidefuziuneestecondiionatderealizareaunorastfelde temperaturiridicate,dincarecauzeamaipoartdenumireadereacietermonuclear. Inbombeletermonucleare(saucuhidrogen),aceasttemperaturseobine prin explozia anterioar a unei mici bombe nucleare obinuite. In fine, chiar dup ce dificultateaobineriiunortemperaturiridicateafostdepit,ntreinerea(pelung durat)auneiastfeldereaciintmpinnoidificulti.Gazele,lafelcatoate substanele la temperaturi att de ridicate, trec n a patra stare de agregare a materiei i anume n plasm. In aceast stare, atomii i pierd complet nveliul lor electronic, obinndu-seunamestecdenucleeielectroniliberi.Acestsistemdesarcinielectrice(plasm)nuestestabil,mprtiindu-serapid.Din aceast cauz, problema principalcaresepuneestedeagsimetodederestrngere(confinare)azoneide existenaplasmeiidestabilizareaeintimp.Lucrulacestaestenecesaridin cauzcniciunmaterialcunoscutpnnprezentnurezistlatemperaturiattde ridicate. Realizarea n practic a unuireactor termonuclear presupune gsirea unor soluiitehniceadecvate,caresrezolveproblemeledemaredificultatemenionate mai sus. Inesen,oricereacieexoenergeticsepoateauto-ntreinefieprintr-un procesdetipcombustie(cazulreactoarelornucleare),fieprintr-unprocesdetip explozie (cazul bombei atomice). 21Fuziunea nu este fundamental diferit de combustie. In cazul combustiei, ca i ncazulfuziuniinucleare,punctuldeaprindereesteatinsatuncicndcldura degajat de combustie este destul de mare pentru a ntreine reacia. Estetiutc,pentruarealizaoricecombustiecontinu,estenecesarsse realizeze urmtoarele condiii: -combustibilulsfieaduslaotemperatursuperioarpunctuluisude aprindere; - cantitatea de combustibil s fie suficient pentru ca pierderile s fie inferioare energiei degajate, i pentru careacia s fie autontreinut; - cldura produs pe aceast cale trebuie s fie utilizat n mod controlat, adic s serveasc, de exemplu, la vaporizarea apei i la nclzirea aburilor produi pentru a realiza o main termic. Condiiilenecesare meninerii unei reacii de fuziune i realizrii unui reactor termonuclear sunt analoage: -nclzireacombustibiluluinuclear,subformdeplasm,pnlapunctuldeaprindere (cteva zeci sau sute de milioane de grade); -meninereacombustibiluluilaaceasttemperaturuntimpdestuldelung pentru ca reaciile de fuziune s degajeze o cantitate de energie economic superioar celei consumate la aprindere; - n final, extragerea i utilizarea acestei energii. PROTECTIA CONTRA RADIATIILOR NUCLEARE 10.1. Protecia contra radiaiilor de origine natural 22Particulele din radiaia cosmic sufer interacii complexe i sunt absorbiten modgradatcndptrundnatmosfer,astfelcdozadescretepemsurcescade altitudinea.Estedificilderealizatatenuareaexpuneriilaradiaiacosmic,deoarece aceasta ptrunde uor prin cldirile obinuite. Radiaia cosmic Unadinsurseleprincipaledeinformaieasupraexisteneiiproprietilor particulelor fundamentale este radiaia cosmic. Ea i-a pstrat pn n prezent un loc importantncercetrileexperimentale,deoarececontinusfie singura surs pentru studiul interaciilor la energii de peste 1010 eV. La nceputul secolului nostru, fizicianul austriac V.F. Hess i fizicianul elveian A.Gockel,ridicndcuunbalon,ocamerdeionizarelanlimifoartemari,au constatatcusurprinderecintensitateadeionizaremsuratladiferitealtitudini nregistraocreterelanlimeadepeste800m.Astfel,la2500mnlime, intensitateadeionizaredepeavaloareanregistratlasuprafaasoluluiicontinu screasc, ajungnd la 4000 m de ase ori mai mare, iar la 5000 m de nou ori mai maredectlasol.Rezultatulacestanuapututfiexplicatdectadmindocauz extraterestr, de unde a provenit i denumirea de radiaie cosmic. Oprimipotezasupraexisteneinatmosfer,lanlimimari,aunei substanenecunoscute,careemiteoradiaieintens,s-adoveditnecorespunztoare. Ipoteza originii extraterestre a fost confirmat de toate datele experimentale obinute ulterior. Metodologia utilizat a trebuit s fac fa unor dificulti apreciabile, legate mai ales de intensitatea sczut a fluxului de particule, de distribuia energetic larg i de inexistena unor fascicule direcionate. LaintrareanatmosferaPmntuluiradiaiacosmic,avndoenergiefoarte ridicat,iniiazunnumrmaredeprocesedeinteraciedincarerezulto multitudine de particule secundare. 23Studiulradiaieicosmicepoatefifcutdirect,ridicndaparateledemsur la nlimifoartemari(pevrfulmunilor,cuavioane,cubaloane,curachetesaucu satelii),fieindirectobservndinteraciileprovocatedeparticulelesecundare,n laboratoare obinuite sau n laboratoare situate la mare adncime sub sol. In afara atmosferei Pmntului, radiaia cosmic este compus n principal din particulepozitive:protoni,(aproape90%),particuleo(aproape10%)inucleemai grele,deexemplunucleedefier(ctevaprocente).Dupptrundereanatmosfer, componentaradiaieicosmicesemodific,ntructnurmaproceselordeinteracie neelastice apar n numr mare electroni, pozitroni, fotoni, microni, mezoni t, mezoni K i nucleoni. Particulelesecundarecuenergiesuficientdemarepotprovocalarndullor, alte procese neelastice, obinndu-se n final, o multiplicare n cascad a particulelor. Tipicedinacestpunctdevederesuntjerbeleelectrono-fotonicedetectatecu contoaresauplcicuemulsienuclear,lanivelulsolului.Acestprocesde multiplicareesteiniiatdeunprotoncuenergiemarecare,latrecereaprin vecintatea cmpului electric al unui nucleu ntlnit n cale, genereaz un foton. Dup unintervalscurtdetimp,fotonulsetransformntr-operecheelectron-pozitron, fiecare din aceste particule putnd s genereze fotoni prin acelai mecanism. In locul unuisingurelectronavemacum trei i procesul poate continua ajungndu-se n final la un numr enorm de electroni. Prin urmare, jerbele electrono-fotonice sunt formate din electroni i pozitroni. Osingurjerbpoateacoperiosuprafadecivakilometriptrai,atunci cnd ajunge la suprafaa solului. Spectrulenergeticalparticulelorcareintrncomponenaradiaieicosmice estefoartelarg.Existocomponentmoale,carepoatefiopritdeoptur atmosferic echivalent cu un strat de plumb cu grosimea de aproximativ 12 cm i o 24componentdur,carepoatetraversafrafiafectat,straturiconsiderabilmai groase de substan. Componentamoalearadiaieicosmicecretenintensitateodat cu creterea altitudinii, poziia maximului fiind diferit n funcie de masa particulelor considerate. Spectrul energetic al componentei moi este puternic modificat n perioadele de variaie brusc a actvitii solare. Dincomponentaduraradiaieicosmices-aupututpunenevidenla suprafaa Pmntului, protoni cu energii foarte mari i cteva nuclee mai grele. Radiaia gama terestr ToatematerialeledinscoaraPmntuluisuntradioactive.Secrede, ntradevr,cenergiarezultatdinradioactivitateanaturaldinadnculPmntului contribuielamicrilescoarei.Uraniul,thoriulipotasiul40contribuielaaceast energie. Radiaiile gama emise de radionuclizii teretri iradiaz ntregul corp uman mai multsaumaipuinuniform.Deoarecematerialeledeconstruciesuntextrasedin pmnt,suntieleradioactive,iarpopulaiaesteiradiatattncas,ctinaer liber. Dozele sunt afectate de geologia inutului i de structura cldirilor. Doza medie estenjurde400Sv,existndvariaiiconsiderabilenjurulacesteivalori,astfel nct unele persoane primesc doze de cteva ori mai mari dect media. Cumnusealegeozondelocuitpebazafonduluideradiaiigamainuse selecteaz materialele obinuite pe baza coninutului radioactiv, nu se poate face prea mult pentru a micora aceast doz. Totui, anumite amplasamente i materiale cu un nivel ridicat de radioactivitate ar putea fi evitate. Protecia contra radiaiilor provenite din activitile socio-umane 25Avndnvedereposibilitateaapariieiunorefectenociveasuprapersoanelor expuse profesional sau asupra celor expuse n mod accidental la radiaii nucleare, s-a cutatlimitareaacestorexpuneri,prinmsuritehniceiorganizatorice,pnla nivelele la care, pe baza cunotinelor de care se dispune, nu apar efecte duntoare. LapropunereaComisieiInternaionalepentruProteciaRadiologic(CIPR),prin intermediulAgenieiInternaionalepentruEnergiaNuclear,s-austabilit recomandri privind nivelele maxime de iradiere admise, nivele care au fost legiferate i la noi n ar.Inscopulpreveniriiilimitriiefectelornocivealeradiaiilornucleare, activitile nucleare se desfoar cu respectarea unor norme, generale sau specifice, -normederadioprotecie-carestabilescunansambludemsuritehnice, constructive,dedotare,deinstruireapersonaluluiexpuslarisculradiobiologic, precum i organizatorice. Acestenormesuntdestinatesasigure,ncondiiinormaledelucru,ca personalulexpusprofesional,populaiaimediulnconjurtorsfieexpuselacel multdozamaximadmis,iarncondiiideaccidentnuclear,sasigurelimitareai lichidarea efectelor iradierii. Normele de radioprotecie se aplic la activitile nucleare privind: -producerea,prelucrarea,utilizarea,transportulidepozitareamaterialelor radioactive; -cercetarea tiinific, elaborarea i aplicarea tehnicilor nucleare n economie i viaa social; -utilizarearadioformocentriloriasurselorderadiaiinuclearepentru diagnostic, tratament i cercetare medical; -consumul sau folosina public a produselor iradiate sau care emit radiaii; -proiectarea de instalaii nucleare; 26-amplasarea,construirea,experimentareaiexploatareainstalaiilornucleare, precum i modificarea sau reparaii capitale ale acestora;-aprovizionarea,desfacerea,deinerea,tranzitul,importuliexportulde materiale nucleare; -evidena i controlul materialelor nucleare i al instalaiilor nucleare; Infunciedespecificullor,activitilenuclearepotfigrupatenurmtoarele domenii: -materii prime nucleare; -combustibili nucleari; -reactoare i centrale nuclearoelectrice; -surse de radiaii nucleare (surse nchise, surse deschise, generatori de radiaii); -transport de materiale radioactive. Dinpunctdevederealrisculuiradiobiologicdeterminatdeactivitile nucleare, populaia se mparte n urmtoarele grupe: -personalul expus profesional, cuprinznd persoane care desfoar o activitate permanentsautemporarntr-unobiectivnuclear,lucreazcusursederadiaii nuclearesaulainstalaiinuclearesaucare,prinnaturaactivitiipecareo desfoarpermanentsautemporar,potfisupuselaodozproveninddin iradiere extern sau contaminare intern peste o valoare dat prin norme; -populaia, care la rndul ei include urmtoarele subgrupe: 1. grupul critic, cuprinznd persoanele care locuiesc sau lucreaz permanent n jurulunorobiectivenucleareicarepotfisupuselaodoz,proveninddin iradiere extern sau contaminare intern, peste o valoare dat prin norme; 2.persoanedinpopulaie,cuprinzndpesoanelecarepotfisupuseaccidental la o doz, provenind din iradiere extern sau contaminare intern, peste o valoare dat prin norme; 273. populaia n ansamblul ei, cuprinznd persoanele care pot fi supuse la efecte indirecte rezultate din activitile nucleare; Radioprotecia,attceaprofesionalcticeaapopulaieiimediului nconjurtor,sebazeazpemsurispecifice,caresasigurecnusedepesc dozele i concentraiile maxim admise i care pot fi grupate n:-msuri de radioprotecie preventive; -msuri de supraveghere; -msuridelimitareilichidareaefecteloriradieriincazdeincidentsau accident nuclear. Factorii de care depinde protecia Realizareaprotecieicontraradiaiilornucleareestecondiionatdemodul cumsuntmbinaipatrufactoriprincipali:timpul,distana,cantitateadesubstan radioactiviblindajul(ecranul).Alegerealortrebuiefcutnaafelnctntr-un timpdeterminat,asuprasubiectuluisnuacionezeodozmaimaredectcea permis. Factorul timp Doza fiind dat de produsul dintre intensitatea pe unitatea de timp i timpul de expunere,esteevidentcfactorultimpestedeosebitdeimportant.Cunoscndu-se intensitatea radiaiei emise de o surs radioactiv, subiectul nu va fi afectat n funcie de distan, atta timp ct doza limit admis nu este depit.Totodat,deoareceexistposibilitateaderegenerareaunorfenomene biologice se va ine seama de faptul c radiaiile de intensitate mare ntr-un timp scurt vor avea o aciune mai periculoas asupra organismului dect cele de intensitate mic ndecursulunuitimpndelungat,chiardacdozelesuntegale.Aceastafacecao 28expunerediscontinusfiemaipuinpericuloas,faptcarereclampractic fracionareatimpuluideexpunere.Deaceea,nuestepermissubnicioform manipulareapreparatelorradioactivedirectcumna,iaroperaiiletrebuieefectuate ct mai rapid. Factorul distan Incontestabil c mijlocul cel mai eficace de protecie contra radiaiilor nucleare estedistana.Aceastaesteoconsecinafaptuluicngeneralintensitateaunuifasciculderadiaiiiimplicitdozaderadiaiiscadeexponenialcudistana. Rezultatulestecndeprtndu-nefoartepuindesursaradioactiv,scadesensibilintensitateaei,distanarmnndmijloculcelmaieficacedeproteciempotrivaradiaiilornucleare.Inacestscops-auconstruitoseriedeinstrumentecapabiles permitlucrulladistancumarfi:pensete,cletispeceali,pipetepantograf, manipulatoare i dispozitive telecomandate. Cantitatea de substan radioactiv Intensitatea radiaiei, respectiv efectele nocive sunt proporionale cu cantitatea desubstanradioactiv.Astfel,estedemareimportanreducerea acesteia n toate cazurileposibile.Spreexemplu,noperaiiledemarcarecuizotopiradioactivise impunediminuareaacestorapnlanivelulcarespermitdetectareaimsurarean condiii optime a elementului urmrit. Reducerea cantitii de substan radioactiv arerepercusiuniiasupradurateidefuncionareaunoradintredetectorelede radiaii,care la viteze mari de nregistrare se uzeaz mai repede. Factorul blindaj (ecranare) Incazulncarefactoriiamintiinupotfifolosiinexclusivitatepentru realizareauneiproteciicorespunaztoare, se folosete suplimentariprocedeul de 29blindare(ecranare)asurselorradioactive,prinutilizareadeecrane,containere,niespeciale,confecionatedinmaterialencaressepoatrealizaatenuarearadiaiilor date.Blindareaconferoseriedeavantajelegatedeposibilitateamanipulrii substanelorradioactivedelaodistanmaimic.Aceastanstrebuieefectuatcu mult precauie deoarece prin atenuarea radiaiilornmaterialul dat, n multe cazuri aparfenomene secundare care pot fi extrem de duntoare. Doze i concentraii maxim admise Valoareadereferinnestimarearisculuiradiobiologiccepoatesaparca urmareaactivitilornucleareestefondulnaturalderadiaii,caresedeterminprin msurtori directe i se compune din: -radiaiacosmic,deorigineextraterestr,capabilstraversezeatmosfera; intensitatea sa ntr-un loc dat depinde de altitudine; -radiaia provenind din elementele naturale prezente n sol; intensitatea sa ntr-un loc depinde de structura geologic local; -radiaia intern produs de radionuclizii naturali prezeni n organismul uman, care provin n principal din alimente. Dozamaximadmispentruopersoanexpusprofesionallaundebit constantaldozei-dinsurseinterneiexternederadiaii -pentregulcorp,estede 0.1 remi /sptmn (admis a avea 40 ore de lucru) sau 5 remi /an (admis a avea 50 de sptmni). Opersoanexpusprofesionallairadieriexterneiinternepoatecuprindeo doz maxim admis, exprimat n rem, rezultnd din formula: H = 5(N - No)( 98) 30 unde:H-dozcumulatdepersoanarespectivpetoatduratancaredesfoar activiti nucleare; N - vrsta persoanei la data cnd se calculeaz doza, exprimat n ani; No-vrstapersoaneiladataangajriinactivitinucleare,exprimatnani; aceast vrst nu poate fi mai mic de 18 ani. Dozamaximadmispentruopersoandinpopulaie-dinsurseexternei interne de radiaii - pe ntregul corp, este de 0.01 remi /sptmn sau 0.5 remi /an. Dozageneticmaximadmispentrupopulaianansamblulei-dinsurse externe i interne de radiaii - este de 0.07 remi /an sau 2 remi /30 ani. Calculul dozelor la expunerile externe Calculul dozelor absorbite Pentru calcularea dozelor de radiaii disipate prin ionizarea extern a unui corp oarecare este necesar s se evalueze energia absorbit n unitatea de volum. n cazul fasciculelorcareseatenueaz dup o lege exponenial, energia absorbit W ntr-un corp paralelipipedic de suprafa S i grosime dx va fi: = dWdVdI S tdx S(99) = dWdVdIdxt(100) unde: I = intensitatea radiaiei definit prin: IWS t=(101) Deoarecevariaiaintensitiiradiaieidupdireciaxesteproporionalcu coeficientul de atenuare al materialului i valoarea intensitii radiaiei : 31 = dIdxI (102) rezult c: dI I dx = (103) dWdVI dx tdxI t = = (104) dm dV = (105) Prin nlocuirea relaiei (105) n relaia (104) rezult: dWdmI t = (106) Din definiia dozei absorbite: DdWdmmkgIJm st srad ( ). . [ ] = =

((

(( 0 01 0 0122 (107) Dacradiaiaesteabsorbitnntregimentr-uncorpparalelipipediccu grosimea R, care s coincid cu parcursul radiaiei, i seciunea S, se scrie: AAWVI S tS R= (108) sau AAWVI tR=(109) Energia absorbit masic va fi n acest caz: AAWmI tR= 1(110) Doza absorbit (n razi): DIRtJkgrad ( ). =

((0 01(111) Calculul dozelor produse de fascicule de radiaii Intensitatea unui fascicul de radiaii este dat de relaia: 32I N Wp= (112) unde: N = numrul de particule; Wp = energia unei particule. Relaiileanterioare(pentruceledoucazuri)(107)irespectiv(111)sevor scrie: D N W tp= 0 01 .(113) DN WRtp= 0 01 . (114) Doza biologic (n remi) va fi dat de: B D = q (115) unde: q este eficacitatea biologic relativ. Calculul dozelor produse de sursele radioactive punctiforme Intensitatearadiaiilornucleareladistanaxdeosurspunctiformestedat de: IW sxd= A42t(116) n care: A este activitatea sursei n dezintegrri pe secund; Wd este energia eliberat la o dezintegrare (J/sec); sestefactoruldeschem,ceindicnumruldecuantepentruunactde dezintegrare. Astfelsepotcalculadozeleprodusedesurseleradioactivecuparcursifr parcurs: 33B DW sxtd= = q q t0 0142.A(117) B DRW sxtd= = qq t0 0142.. A(118) Modaliti de protecie contra radiaiilor Protecia prin ecranare Ecranarea particulelor grele ncrcate Deoareceparticulelegrelencrcate(nprimulrnd radiaiile o), n corpurile solide au parcursuri mici, de ordinul micronilor, nu apar probleme n ceea ce privete ecranarea,elefiindpracticabsorbitecuuurindetoatesubstanele,chiarideo foaiedehrtie.Dinacestmotiv, simpla utilizare a mnuilor de cauciuc ori a hrtiei defiltrunoperaiilecuastfeldesubstanesuntmsurisuficiente,careasiguro bun protecie. Ecranarea fasciculelor de electroni Substanele uoare ca sticla i aluminiul, ori cele cu coninut mare de hidrogen, cum sunt: apa, bachelita, masele plastice, plexiglasul i altele absorb bine fasciculele deelectroni.Oparticularitateimportantlegatdeecranareaelectroniloresteaceea c,atenuareasefacecuparcurs,grosimeaecranelornedepinznddeintensitatea fasciculului de electroni inicide activitatea surseiactive. Condiia ca un ecran s absoarb total particuleledintr-un fascicul, este ca acesta s aib grosimea cel puin egalcuaparcursuluimaximalelectronilor.Practicunecrandealuminiusau plexiglasgrosde10mmatenueazcompletradiaiile|aletuturorsurselormai frecvent utilizate.34Incazulatenuriielectronilortrebuiesseaibnvedereiposibilitatea apariiei radiaiei de frnare, iar cnd aceastaare o valoare apreciabil s se adauge ecrane suplimentare pentru reducerea ei. Deasemeneasefacecranrisuplimentareincazulemisiilorderadiaii |+, cndnurmaanihilriipozitronuluicuelectroniimediuluiseproducdoifotoni, fiecare cu energie de 0.5 MeV. Ecranarea radiaiilor electromagnetice penetrante Dinmoduldeinteraciunealradiaiilorelectromagneticepenetrantecu substana,rezultcatenuareasefacecuattmaibinecuctnumrulatomical ecranuluiestemaimare.Substanelecelemaiutilizatenproteciampotriva radiaiilorelectromagneticepenetrantesunt:plumbul,sticladeplumb,fieruli betonul,cptuitectreoperatorcuosubstanuoar(cumarfideexempluplexiglasul), care pot s absoarb electronii rezultai prin efect fotoelectric, Compton sau formare de perechi electron - pozitron. Laatenuarearadiaiilorelectromagneticetrebuiesseaibnvedere urmtoarele particulariti: a)Fenomenuldeatenuare,avnduncaracterexponenialifrparcurs, radiaiileelectromagneticenusepotecranacomplet,orictdegrosarfiecranul. Practic ns ele se pot ecrana pn la o valoare nepericuloas pentru lucru. b)Grosimeaecranuluidepindedeactivitateasursei,energiaradiaieii distana dintre surs i subiect. c)Fotoniicareautraversatunecran,ipstreazenergiainiial,pentru motivulcecranulreducenumainumrulfotonilordinfascicul,darnurealizeazi ncetinirea lor. Grosimea ecranelor mpotriva radiaiilor electromagnetice se stabilete pe baza relaiei: 35 D = Dx e- x(119) din care: xD Dx= ln ln(120 ) unde: D -doza de radiaii dup ecran n rentgeni sau remi; Dx - doza de radiaii la distana x nainte de ecran; x- grosimea ecranului; - coeficientul liniar de atenuare al materialului dat pentru energia radiaiilor utilizate. Dincauzamaterialelorcarenusuntperfectomogene,pentruaasigurao proteciefrriscuri,sealegeuncoeficientdesiguranCcuovaloarecuprins ntre 2 i 3.Astfel relaia (119) devine: D = CDx e-x(121) de unde: C DDex x=(122) sau: lnCDDxx= (123)

respectiv:xCDDCDDx x= = ln.ln 2 3(124) 36 Pentru uurarea calculelor s-au construit tabele i grafice speciale. Un astfel de exemplu l constituie tabelul lui Gamertsfelder (tabelul 2 - Anexa ) care este alctuit dintr-oseriedecoloanencaresuntnscriicoeficienicuvaloarepozitivsau negativnfunciedeenergiaradiaiei,activitateasursei,distanafadesurs, timpuldelucruimaterialulfolositlaecranare.Prinnsumareaalgebrica coeficienilor ce corespund activitii, distanei i timpului pentru o anumit valoare a energieiradiaieielectromagnetice,seobinegrosimeaecranuluinplumb,necesar pentru a reduce doza de radiaie la doza limit admisibil. Convertirea acestei valori naltematerialesefaceprinnmulireagrosimiinplumbcufactorulmaterialului respectiv din tabel, corespunztor energiei date. Ecranarea neutronilor Laatenuareafasciculelordeneutronitrebuiesseaibnvederenprimul rndutilizareaunuimoderatornscopulncetiniriineutroniloridupaceeaun absorbant al neutronilor termici.Inpracticadelaboratorseutilizeazecranedeparafincptuitecuplcide cadmiu sau bor. Borul prezint avantaj deaoarece prin captur d reacii 10B(n, ) 7Li trecndntr-unizotopstabilallitiului,fremisie de cuante . In cazul absorbiei n cadmiu,nurmareaciei 113Cd(n,)114Cd rezultcuantecuenergiede7.5MeV alturi de izotopul 114Cd stabil, fiind necesar cptuirea suplimentar a ecranului de proteciecuunstratdeplumbpentruatenuareafotonilor.Acelailucruseimpune dac moderatorul utilizat conine 1H deoarece prin reacie 1H(n, ) 2D apar cuante de 2.2 MeV. Materialele deprotecie au rolul de a reduce fluxul de radiaii i cldur emise dezonainternareactoruluinuclearpnlavalorialedozei,respectivtemperaturii suficientdemicipentruaseputeagarantadeplinaintegritateisecuritatea 37personalului(dinpunctdevederebiologic)precumiaechipamentelori instalaiilor. Infunciederolulprincipalpecarelndeplinesc,putemdistingeecranele folosite pentru protecia termic, de cele destinate proteciei biologice. Astfel, pentru anuseexpunentreagulsistemdeprotecielacldurageneratnreactoripentru atenuarearadiaiilor,nproximitateazoneiactivesuntdispuseecranelepentru proteciatermic.Acesteasuntalctuitedinmateriale,ceaudensitateridicat, conductivitate termic bun i temperaturi de topire ridicate. Ecraneletermiceabsorbradiaiilegammadeenergiemareireducenergia neutronilorrapiziprinciocnirineelastice.Spreexteriorulreactorului,ecranelede protecie termic sunt urmate de ecrane pentru protecia biologic. Acesteasuntconfecionatedinapi/saubetoaneiservescnprincipalla atenuarearadiaiilorgamasecundare,latermolizareaiabsorbianeutronilor. Ecraneledeproteciebiologicsuntcalculateastfelnct,laexteriorulecranului,s nu se depeasc doza echivalent (biologic) admis de normative. Materialelefolositenmodcurentpentruecraneledeproteciebiologicsunt apa i respectiv betoanele, att cele obinuite ct i cele speciale. Protecia chimic mpotriva radiaiilor nucleare Dup cum s-a artat n capitolele anterioare, prezena anumitor substane ntr-un sistem ce urmeaz a fi iradiat, poate scdea aciunea radiaiilor, graie efectului de protecie. S-a creeat astfel un nou mijloc modern de protecie, protecia chimic, care s-adovediteficaceattmpotrivaaciuniidirecte,indirectectiaceleintrziate provocate de radiaiile nucleare. Pebazarezultatelordelaborator,s-astabilitcdintrehidrocarburi,cele aromaticeoferobunproteciempotrivaaciuniidirectearadiaiilor,maialesn amestec cu unii polimeri organici. De exemplu, un amestec de 10% anilin, fenol sau 38ditoliltioureecupolimetacrilatdemetil,realizeazoproteciede65-75%.Dacse nlocuiesc compuii aromatici cu etiluree sau parafin, protecia scade la numai l5%. Aceste rezultate ne ndreptesc s credem c, dac se va gsi o posibilitate de introducerencircuitulsangvinaunormacromoleculenaturalesauartificialen amesteccusubstanearomate,sevaputearealizaunmijloccomoddeprotecie mpotriva aciunii directe a radiaiilor nucleare. Substane chimice radioprotectoare Substanelechimicecaresuntcapabilesofereoprotecieeficacempotriva aciuniiindirectearadiaiilorsauanihileazefectulradiobiologicdirectsau indirect, se numesc substane radioprotectoare. Criteriile care stau la baza obinerii de substane radioprotectoare au n vedere faptulcradiosensibilitateaanimalelorpoatefipracticmicoratprinurmtoarele procese: a) Reducerea coninutului de ap i de oxigen intra i extracelular, n special n organele radiosensibile; b) Scderea temperaturii organismului, respectiv micorarea metabolismului n organism; c)Inhibarea radicalilor radiolitici produi de radiaii n apa esuturilor; d)Protejareafunciunilororganiceradiosensibileiaunorfunciuniale organelor radiorezistente; e)Impiedicareasistemelorintegratoaredinorganismdeaamplificaefectele locale produse de ctre radiaii. Rolultemperaturiinmodificarearadiosensibilitiiorganismuluiafost observatncdinprimelelucrrideradiobiologie.Astfeldacseiradiazun organismanimalla0oCseobineoproteciede60-70%,iarprinrcirealocala pielii iradiate, se ridic pragul dozei de radiaie care provoac eritemul radiologic. 39Micorarea temperaturii organismului determin reducerea vitezei de difuzie a radicalilorradioliticiidiminuareametabolismuluicelularprinmicorarearegimului deoxigen.Substanelecareproduccondiiisimilareprinintermediulsistemului nervossenumescneuroplegice(deexempluclorpromazina)iauunefectprotector remarcabil asupra animalelor, fie c au fost administrate nainte sau dup iradiere. Reducereaconinutuluideoxigenintraiextracelularareoimportan deosebitdeoarecempiedicformarearadicalilorHO2-iamoleculelorH2O2, diminundtotodatreactivitatearadicalilorOH-.Modificareaconinutuluide oxigen influeneazoseriedeprocesebiochimice,carecontribuielarestaurarea organismuluidupiradiereilaradiosensibilizarealui.Dintresubstanelecercetate amintimpara-amino-propiofenona,serotonina,NaN3(10mg/kgcorp),NaNO2(125 mg/kg corp) care ofer o protecie de circa 40%. Inhibareasistemelorintegratoare,cumestesistemulnervos,arecarezultat diminuareaunorprocesebiochimiceimaialesaproceselorrespiratorii. Impiedicareaaciuniiacestorsistemeprovoacomicorareadeclanriiefectului radiobiologic.Dintresubstaneleexperimentatecitmsulfatuldemorfin(75mg/kg corp), pentabarbitalul (2,5 mg/kg corp) i o-cloraloza. Dintre toate substanele studiate, cele care au efecte protectoare superioare, se consider a fi cele cu structur general: - mercapto-alchilen-aminic: HS (CH2)XNR1

R2 - mercapto-alchilen-guanidinic: HS (CH2)X NHC = NR1 NHR2 40Pentrucaderivaiicareaparinacestorclasesaiboeficacitateridicat trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii principale: - valoarea lui x = 2 -3; - radicalii R1 i R2 s fie H ; - gruparea funcional -SH s fie liber. Introducereaazotuluiaminicntr-uncicluscadeeficacitateaprotectoare,cu excepiacicluluimorfolinic,iarcretereabazicitiiazotuluiaminicmreteefectul radioprotector. Principalelecondiiipecaretrebuieslendeplineascobunsubstan radioprotectoaresunt:eficacitatemare,snumicorezeeficacitateaaltormsuride protecieasociate,sfiectmaipuintoxiciuordesintetizat,stabili conservabil n timp. Arsenalul substanelor radioprotectoare este n continu cretere, la ora actual fiind cunoscute cteva mii de derivai cu aciune radioprotectoare. Dinrezultateleobinutepnnprezent,reiesecexistpremiselerealizrii uneiproteciichimiceeficacempotrivairadierii,iarcercetrilecese efectueaz vor dezvolta acest capitol de protecie chimic mpotriva radiaiilor nucleare. Msuri de radioprotecie preventive Msurilederadioproteciepreventiveseiauncepnddinfazadeelaborarea conceptuluiactivitiinucleareodatcustabilireatehniciloritehnologiilorde cercetaresauproducie,proiectareaifabricareaechipamentelor,utilajelori instalaiilor,amplasareaiamenajareaobiectivuluinuclearpentreagaduratde desfurarearespectiveiactiviti,precumiladezafectareaobiectivuluinucleari depozitarea de lung durat a deeurilor radioactive. 41Fasciculeledecombustibilconsumat,extrasedinreactorcuajutorulunor mecanisme speciale sunt plasate ntr-o piscin cu ap, de dimensiunile unui bazin de not. Intructacestcombustibilesteputernicradioactiv,estenecesarsseacorde multateniestocriiluinbazin.Astfel,radiaiileemisedefasciculelede combustibiluzatpotfiopritencazulalegeriiunuibazindinbetoncupereide grosimede1msauaumpleriibazinuluicuappnlanlimeade3m.Apadin bazin are i rolul de a rci acest combustibil uzat, deoarece are loc o rcire a ei prin recircularensistemeledercireipurificarecareevacueazclduraioricealtfel de contaminri. Combustibilul uzat poate fi stocat n acest mod pe o perioad mai mare de 30 ani. Radioactivitateadescretefoarterapidntimp.Launintervaldeoordup extragereacombustibiluluiuzatdinreactor,radioactivitateaestediminuatcumai multde60%;dup1anradioactivitateacombustibiluluiiradiatestede100deori mai mic, iar dup 5 ani combustibilul iradiat este de 1000 de ori mai puin radioactiv dect n momentul extragerii fasciculului din reactor. Dupaceastperioadde5 ani fasciculele iradiate nu mai prezint un pericolmaredeiradiere,iarrcireanbazinelecuapestemultuurat. Dinacestmoment fasciculeledecombustibiluzatpotfitransferateidepozitaten locuri uscate sau n alte bazine cu ap. Inacestscops-aapelatladiversemetodedestocare;stocareancanistrecu pereigroidinbeton,dispusepeamplasamentulcentraleifiindunadintreacestea. O alt metod care nu necesit supravegherea de lung durat este aa numitastocare permanent. Aceast opiune presupune dispunerea deeurilor n formaiuni de granit, n saline precum i n alte formaiunigeologice. 42Seconsiderlaoraactual,cafiindceamaibunmetoddepozitarea deeurilornzonesubteraneadnci,construitedeom.Combustibiluluzateste introdusncontaineredinmaterialerezistentelacoroziunecarevorfidispusela rndullorncavitisubterane.Suntnprezentefectuatediferitestudiipentrua evaluadiferiteletipurideformaiunigeologicecaresasigureopstrare corespunztoare pe termen lung a containerelor cu deeuri nucleare. De exemplu, n urma testelor efectuate, S.U.A. iGermaniaau alessalinele calocdedepozitare,Suedia,MareaBritanie,Canada,JaponiaiFinlandaauoptat pentru formaiunile de granit. In stabilirea celui mai potrivit tip de formaiune geologic care s se constituie ntr-un adpost adecvat pentru stocarea pe termen lung a deeurilor nucleare, trebuie sseinseamaisseneleagpedeopartemecanismulcirculaieiapelor freaticeipedealtparteposibilitateadeafectareamaterialelordincaresunt confecionate containerele ce conin materiale nucleare radioactive. Dacinemseamacsinguraposibilitatecamaterialeleradioactivesajung lasuprafaiscontaminezemediulnconjurtorestemigrareaacestoranapele subterane,combustibiluliradiattrebuiesfienconjuratdebarierenaturalei artificiale cum ar fi nsui combustibilul cu teaca sa, containerul n care este introdus, etaneitateaincintelorncaresuntintrodusecontainerele,tipulrocilorncaresuntpracticateacestelocuridedepunereetc.Toateacestebarierevorasigurapetermen lung izolarea deeurilor nucleare uzate.Analiza pe scurt a fiecrei dintre aceste tipuri de bariere reliefeaz urmtoarele aspecte: Combustibilul iradiat constituie el nsui o barier eficace. Cea mai mare parte amaterialelorradioactivevorrmneblocateninteriorulpastilelordecombustibil ceramic care sunt foarte puin solubilen ap. Pastilele de combustibil sunt introduse ntuburidinaliajdezirconiuputndasiguraobariersuplimentarmpotriva 43ptrunderiiapei.Studiileefectuateasupracombustibiluluiiradiatncondiiilede temperatur,presiuneigeochimiepecarelepoatentlnintr-oincintde depozitare au artat c elementele de combustibil iradiat reprezint o form de deeu foarte stabil. Containereleexecutatedinmaterialespecialerezistentelacoroziune,cumar fititanul,reprezintbarieresuplimentarentrecombustibiluliradiatimediul nconjurtor. Inchidereaetanaincintelorreprezintoaltbarierartificialdeizolare. Materialelespeciale,compactatenjurulcontainerelorcucombustibiliradiatpot limita infiltrrile de ape subterane i reine scprile de materiale radioactive. Unastfeldematerialpoatefiunamestecdeargilinisip.Argila,ncontact cu apa, se umfl, asigurnd etaneitatea n jurul containerelor. In cazul n careapele freaticesubterane,vorpenetraprovocndcoroziuneapereilorcontainerelor, amestecul de argil i nisip va diminua migrarea particulelor de deeuri dizolvate. In plus,camereleigaleriileincintelordeevacuarevorfiastupatecuunamestecde argil, nisip i roc mrunit. Obariersuplimentar,dardedataaceastanatural,esteconsideratafi nsiroca n care este practicat cavitatea (incinta) de evacuare. In funcie de tipul derocales,(grosimemaredematerialcetrebuieparcurs)vampiedicamigrarea materialelor radioactive. Evalurileprovizoriifcutepnnprezent,peplanmondial,auindicatco incintdeevacuare,construitlamareadncime,ntr-orocdegranitdeexemplu, nuvapermiteeliberrisemnificativedematerialeradioactive.Dozelepecarele-ar ncasapersoaneleexpusereprezintomicfraciunedindozelencasatedatorate radiaiilor ionizante naturale. 44Amplasarea obiectivelor nucleare La amplasarea obiectivelor nucleare se iau n considerare urmtoarele aspecte: 1. Condiiilegeologice,seismice,geografice,meteorologiceihidrologicedin zon. 2. Densitatea i structura pe vrste a populaiei din zon. 3. Obiectivele social - economice din zon i importana acestora. 4. Cantitateadematerialradioactiv,activitateaacestuia,moduldeeliminarea deeurilor radioactive, intensitatea radiaiilor nucleare. 5. Efectuldirectiindirectalactivitilornucleareasuprapopulaieiimediului nconjurtor. Injurulobiectivelornuclearedebaz(reactoarenucleare,centrale nuclearoelectrice,uzinedeprelucrareacombustibiluluinuclear)sestabileteun perimetrudeproteciesanitarpentrucondiiinormaledefuncionareainstalaiilor din aceste obiective, care va cuprinde: 1. Zonacontrolat,ncaresuntinterzisereedinelepermanentepentrupopulaie iamplasareadeobiectivesaudesfurareadeactivitisocial-economice nelegatedeprocesulobiectivuluinuclear;dozeleiconcentraiilemaximeadmise n interiorul acestei zone sunt cele pentru expunerea profesional. 2. Zonasupravegheat,ncarepotfidesfuratenormalactivitisocial- economice;dozeleiconcentraiilemaximadmiseninteriorulacesteizonesunt cele admise pentru populaie. Amenajarea obiectivelor nucleare Laamplasareaobiectivelor(unitilor)nucleareunelementeseniall reprezint zonarea spaiului, fcndu-se o separare ntre zonele cu risc mai ridicat de iradiere i contaminare, de zonele cu risc mai sczut. Spaiile unei uniti nucleare se grupeaz, n general, n urmtoarele zone: 451. ZonaI,ncare,ncondiiinormaledelucru,accesulpersonaluluiocupat profesionalesteinterzis.Acestespaii(camerefierbini,boxe,nie,alteincinte etane) coninsursa care poate produce contaminare radioactiv. 2. ZonaII,ncare,ncondiiinormaledelucru,staionareapersonaluluiocupat profesionalestelimitaticondiionatdeutilizareaechipamentuluispecialde protecieindividual(spaiipentruncrcareaidescrcareamaterialului radioactiv, spaii pentru repararea utilajelor). 3. Zona III, n care, personalul ocupat profesional desfoar activitate permenent (spaii pentru personalul operator, pupitre de comand). Intrezonesestabilescpuncteobligatoriidetrecereprevzutecumijloacede control a contaminrii presonalului i echipamentului. La intrarea n unitatea nuclear exist un punct obligatoriu de trecere - ecluz sanitar. Pentruaprevenidifuzareasubstanelorradioactivepecaleaaerului,unitile nucleare trebuie s dispun de sisteme de ventilaie controlat, care asigur circulaia aerului de la zonele cu risc mai sczut de contaminare spre zonele cu risc mai ridicat. Aerulvehiculat,naintedeafieliminatnatmosfertrebuiefiltrat.Reinerea particulelormaimari,nsuspensie,pecaresecolecteazprinabsorbiesubstane radioactive,seasigurutiliznbdfiltrecupnzsaucuulei,iaracelormaimicicu filtrucuhrtie,fibresinteticesaufibredesticl.Reinereasubstanelorradioactive dinaeraflatenstaregazoaspropriu-zisnusepoateasiguraprinfiltrefizico-mecanice,fiindnecesarefiltredeadsorbiepecrbuneactivsaupealtadsorbant poros, sau nunele cazuri, filtre electrostatice. Pentruaprevenidifuzareasubstanelorradioactiveprinap,nunitile nuclearencareselucreazcusurseradioactivedeschise,nafardeinstalaiilede alimentarecuapreceicaldideinstalaiiledecanalizareaferente,trebuies existe un sistem distinct de canalizare radioactiv cu dou reele - una pentru efluenii radioactivi, iar alta pentru efluenii poteniali radioactivi. 46- efluenii radioactivi sunt dirijai spre o instalaie de tratare sau spre rezervoare de stocare; - efluenii poteniali radioactivi sunt dirijai spre rezervoarele de retenie i dup un prealabil control de radioactivitate, dirijai spre instalaia de tratare sau evacuai la canalizarea public. Materialeledeconstrucieifinisajeleutilizatelaamenajareaunitilor nucleare,trebuiesfieuordecontaminabile,sprezintestabilitatelairadiere, rezisten mecanic la agenii chimici i temperatur ridicat.