depozitarea energiei radiatiei

7/26/2019 Depozitarea Energiei Radiatiei

http://slidepdf.com/reader/full/depozitarea-energiei-radiatiei 1/14

Proiect: “Depozitarea energiei radia iei”ț

Student: Năstase Alexandra-Nicoleta

An 3, grupa 8

Profesor coordonator: Conf. Univ. Farm. Doina Drăgănescu

Universitatea de Medicină şi Farmacie “Caro !avia" #ucureşti

1



Depozitarea energiei radiaţiei

$ransferu de energie prin intermediu radia iei către sistemee %ioogice este &nț

acea i timp de o importan ă fundamentaă cat i practică' Mărimea principaă aș ț ș

radia iior ioni(ante este do(a ) repre(intă energia a%sor%ită pe unitatea de masă *+ț

cu toate acestea se o%servă o diferen ă &ntre energia transferată i energia depo(iț ș

tată , după cum se va e-pica &n continuare'

!istri%u ia spa iaă a fenomeneor de a%sor% ie .oacă un ro semnificativ, careț ț ț

este descris macroscopic prin /transferu iniar de energie / ) 01$ *' Apica%iitatea

acestui concept este discutată &n mod critic' 2n dimensiuni microscopice natura

stocastică a proceseor de depo(itare a energiei a%sor%ite devine importantă , o pro%emă care este tratată su% denumirea de microdo(imetrie' Apoi se va pre(enta

o descriere a energiei depo(itate &n imediata apropiere a unei particue ioni(ante '

Conceptu de do(ă a a cum este definit mai sus nu repre(intă &n genera oș

caracteristică a radia iior optice + &n acest fe, sunt introduse ate mărimi reevante,ț

cum ar fi fotonu sau e-punerea energetică'

1. Aspecte generale

Primu efect a ac iunii radia iior asupra sistemeor %ioogice este transferu deț ț

energie către componentee ceuare esen iae ' Cu radia ii optice , acest ucru areț ț

oc prin a%sor% ie seectivă &n moecue speciae , cromofori + foosind radia iiț ț

ioni(ante , contri%uie to i constituen ii mediuui e-pus' Acest mod diferit de ucruț ț

necesită introducerea unor noi concepte i mărimi ' !o(ă, &n sensu strict aș

cuvntuui, &nseamnă energia a%sor%ită pe unitatea de masă i poate fi utii(atăș

2



numai &n ca(u radia iior ioni(ante' 1-punerea energetică este adesea numităț

/do(ă/ si repre(intă o terminoogie nepotrivit atri%uită acesteia deoarece este o

proprietate a cmpuui de radia ie i independentă fa ă de o%iectu e-pus'ț ș ț

2. Radia ii ionizanteț

Aspecte macroscopice do(ă şi e-punere

transfer iniar de energie

a. Doză si expunere

Ce mai important este faptu că entită ie care interac ionea(ă particue sauț ț

cuante nu depo(itea(ă energia printrun singur eveniment i că particueeșsecundare sunt ei%erate şi devin capa%ie să transporte energia departe de ocu de

interac iune primară ' Un tratament fundamenta a pro%emeor reevante esteț

posi%i numai &n cadru teoriei generae de transport ) CA40SS56 789*'

!epunerea de energie prin radia ii ioni(ante &n eemente cu masă mică:ț

5 particuă de ioni(are sau cuantă de energie 1 intră &n voumu unde se pierde o

cantitate de energie d1 fie prin crearea de radia ii eectromagnetice ) energieț

cuantică !"i * i sau o particuă secundară )energia cineticăș #!* ' 6umai păr i aeț

acestor energii, i anumeș "i iș #i , rămn &n masa eementuui , deoarece radia iieț

secundare pot părăsi voumu care transportă departe o anumită frac iune dinț

energia transferată ini ia' Aici devine car de ce este necesar să se facă distinc iaț ț

3



&ntre energia transferată i depo(itată ' !ouă marimi sunt reevante &n acest conte-t:ș

intervau particueor secundare i contri%u ia reativă a pierderior radiative 'ș ț

1nergia d1a%s a%sor%ită &n voum, conform figurii, este:

unde 1# este energia de egatură a particuei secundare ' 1nergia totaă transferată

d1 este

adică

Cee două sunt egae numai dacă traiectoria particuei secundare se afă compet

&n interioru eementuui i dacă nu e-istă pierderi radiative' 2n ca(u particueiș

secundare ec;ii%ru este men inut astfe: fiecare particuă de ie ire esteț ș

compensată compet de o particuă de intrare de acea i tip i energie' !o(a, d, esteș ș

definită ca vaoarea a teptată a energiei a%sor%ite &mpăr ită a masa de voum )dm*:ș ț

dE|¿|

dm D=¿

Unitatea care e-primă do(a este gra< )=<* care este egaă cu 7 > ?g' 5

unitate mai vec;e i oficia depă ită este rad )rd*:ș ș

7 rd @ 7 ergg @ '7 =<'

5%serva iie de mai sus sunt deose%it de reevante &n ca(u radia iior ioni(anteț ț

indirecte, adică fotoni i neutroni' Aici principau efect este ei%erarea de particueș

&ncărcate, eectroni i &n ca(u neutronior,protonior sau ator ioni' Cu energiișsuficient de mari ei sunt capa%ii să producă radia ii de frnare prin care transportăț

o parte din energia transferată ini ia din mediu e-pus' 2n scopu de a da oț

descriere cară se defineşte o mărime speciaă, care cuprinde energia cinetică totaă

transferată către particuee secundare pe masă de element. Aceasta senume te B14MA )?inetic energ< reeased per mass* i se măsoară &n > ?gș ș 7'

4



Fiecare eement de masă este, desigur, nu i(oat, ci o parte din mediu său prin

care pierde particue i totodată prin care intră atee' 1c;ii%ru de particueș

secundare se o% ine &n ca(u &n care fiecare particuă care părăse te eementu esteț ș

compensată de una care intră de e-act acea i tip i energie' 5 condi ie necesară,ș ș ț

dar nu suficientă pentru ca aceasta să apară este ca eementu de masă să fie parte

dintrun mediu omogen, a o adncime care este mai mare dect cea a particuei cu

cea mai mare energie' 2mediat este car că acest ucru nu se poate &ntmpa &n

interioru sau &n apropierea suprafe eor' B14MA i do(a, cu toate acestea, c;iar iț ș ș

&n ca(u ec;ii%ruui secundar de particue nu sunt identice+ acest ucru numai &n

ca(u &n care radia iie de frnare sunt negi.a%ie'ț

Aproape de suprafa a de intrare se afă cee mai mari diferen e, din cau(a ipsei deț ț

ec;ii%ru' 1e devin mai mici, cu adncimi mai mari, unde acestea apar numai

datorită radia iior de frnare'ț

Atenuarea fascicuuui primar este su% negi.area dispersiei pure dată de

coeficientu de a%sor% ie de masă ț ᵨ' Urmărind anterioaree considerente, sunt

introduşi &ncă doi parametri noi: coeficientu de transfer de energie de masă B ᵨ

si coeficientu de a%sor% ie deț energie de masă en / ᵨ' Primu parametru este

coreat cu B14MA &n timp ce a doiea descrie determinarea do(ei deoarece

pierderie de radia ii de frnare sunt uate şi ee &n considerare'ț

4ea ii &ntre B14MA şi do(ă )după A0P14 7D8*:ț

2oni(area este importantă &n ac iunea radia iior %ioogice a a cum apare ini ia &nț ț ș ț

cee mai mute reac ii' !e asemenea, este u or de măsurat, ce pu in a ga(e' Acestaț ș ț

este motivu pentru care număru de ioni(ări &n aer a fost utii(at ini ia ca o măsurăț

a do(ei ' Acest ucru este incorect , cu toate acestea , din moment ce energia

5



a%sor%ită depinde de natura mediuui e-pus' Astfe , mai corect , mărimea

respectivă se nume te e-punere, E' 1-punerea este definită ca sarcina ) po(itivăș

sau negativă * ei%erată pe masa eementuui de aer , utii(area sa este prin defini ieț

imitată a iradierea fotonică '

Unitatea de măsură este C ?g7+ fără vreo propunere speciaă pentru denumire'

ec;ea unitate de măsură a fost 4516$=16 )4*:

A a cum sa men ionat, E nu este o mărime de do(ă , ci mai degra%ă o proprietateș ța cmpuui radia iior a ocu de e-punere ' 2n ca(u ec;ii%ruui particueorț

secundare i un anumit mediu , factorii de conversie pot fi aeşi depin(nd deș

compo(i ia mediuui i a energiei radia iior ' 2n acest scop , G, energia necesarăț ș ț

pentru a crea o perec;e de ioni tre%uie să fie cunoscută ' 6u tre%uie să fie

confundat cu poten iau de ioni(are 2' Acest utim parametru este derivat dinț

energiie de egare ae tuturor eectronior din atom ' !in moment ce ioni(ărie apar

mai aes a egăturie sa%e afate spre e-terioru suprafe ei eectronior, este car căț

G H 2' G depinde de tipu de radia ii i de energie ) &n afară de mediu * + pentruț ș

radia ii ioni(ante mai sa%e se poate utii(a pentru aer o vaoare de 33,D e 'ț

Acum do(a ! &n aer poate fi cacuată :

) e @ particuă eementară * '

4ea ia numerică este :ț

! =< @ 33'D E C ?g7

aoarea pentru orice at mediu este o% inută prin &nmu irea cu raportuț ț

coeficien ior de a%sor% ie a energiei de masă:ț ț

6



D M =

( µen

ϱ ) M

(

µen

ϱ

)air

• Dair

2n ca(u apei şi a radia iei I deț JCo, se poate foosi următoarea rea ie numerică:ț

! =< @ 3D'9 E C ?g7'

aori pentru ate energii şi componen i sunt notate &n ta%eu de mai .os:ț

Photon energy water bonesmuscle ke !y/" kg#1 !y/" kg#1 !y/" kg#1

1$ 35.$ 14$34 5$ 34.% 13434.3 1$$ 36.& 56.136.5 2$$ 3%.4 3%.&3%4$$ 3%.5 36.1

3%

6$$ 3%.5 35.&3%1$$$ 3%.5 35.'3%2$$$ 3%.5 35.63%

%



4ea ia dintre do(ă i e-punerea pentru diferite su%stan e i energii fotoniceț ș ț ș

Aceste rea ii sunt de o mare importan ă practică, deoarece măsurătorie deț ț

radia ii sunt foarte adesea reai(ate cu cameree de ioni(are' $re%uie su%iniat dințnou, cu toate acestea, că ee sunt vaa%ie numai &n ca(u &n care ec;ii%ru secundar

de particue este securi(at'

Cu radia ii ioni(ante indirect, adesea suntem interesa i &n rea ia dintre e-punereaț ț ț

fotonică )număru de fotoni pe unitate de suprafa ă* i do(ă )cu particue directɸ ț ș

ioni(ate, se cacuea(ă cu a.utoru 01$*'

Pentru fotoni de energie cuantică 1 i, &n ca(u ec;ii%ruui secundar de particue:ș

D=ɸ• E •µen

ϱ ) orice mediu *

sau pentru e-punerea E &n aer:

X =ɸ •E • e

W •(µen

ϱ )air '

Această din urmă rea ie este repre(entată grafic &n figura următoare :ț

'



Conversia &ntre e-punerea fotonica i do(ăș

aoarea minimă se datorea(ă faptuui că scăderea energiei este compensată printr

o cre tere a ș en &n regiunea inferioară, pentru energii mai mari , en nu se modifică

semnificativ '

Această ecua ie poate fi de asemenea foosită pentru a cacua do(a deț

radionuci(i ' 5 caracteristică &n acest conte-t o repre(intă constanta specifică de

radia ii K care dă rata de e-punere a unei surse punctiforme a o distan ă de 7 m &nț ț

vid ' !acă A este activitatea i n)1* număru de fotoni emi i pe de(integrare ,ș ș

e-punerea E a 7 m distan ă devine :ț

şi, prin urmare:

&



dacă raportu en este e-primat &n mϱ L?g7'

!e e-empu , cu ra(e I JCo ) două cuante de 7'7D3 i 7'3LL Me fiecare peș

de(integrare * sau o% inut :ț

Constante specifice de radia ii Kpentru unii I emi ători ) după 2C4U 3, 7D*ț ț

Situa ia este mai pu in transparentă in ca(u neutronior datorită numeroaseor şiț ț

diferiteor tipuri de interac iuni care tre%uie să fie uate &n considerare , de iț ș

ciocnirie cu protonii domină '5 deriva ie detaiată nu este oferită+ numai rea iaț ț

dintre e-punerea cu neutroni i B14MA este arătată prin figura :ș

1$



Conversia &ntre e-punerea de neutroni i B14MA ) după AUE214 , S6!14 iș ș

>561S 7J8*

$. #ransfer liniar de energie

Cum sa su%iniat mai &nainte , depunerea de energie &ntr un organism e-pus este

mediată aproape e-cusiv de particue &ncărcate ' Acestea provoacă ioni(ări pe

drumu or pier(nd astfe păr i din energia or &n etape succesive, pnă cnd a.ungț

a sfr itu capacită ii or' !epin(nd de tipu de particue , ioni(ărieș ț sunt mai mut

sau mai pu inț strns distan ate , care este , desigur , foarte important, &n ca(u &nț

care se ia &n considerare depunerea de energie &n ocuri foarte mici ' Această

situa ie sar putea descrie , deț e-empu , prin pierderea de energie a unei particue

pe o distan ă parcursă ' Procesu corespun(ător se nume te transfer iniar deț ș

energie ) 01$ *, care este definit ca fiind cantitatea de energie a%sor%ită a nive

oca pe unitatea de ungime ' Atri%utu / oca / este de o importan ă deose%ită ,ț

deoarece postuea(ă că numai acea frac iune de energie este uată &n cacu ceea ceț

duce a ioni(ări i sau e-cita ii &n cadru suprafe ei uate &n considerare ' 1nergiaș ț țcinetică rămasă a particueor care părăsesc ocu este e-cusă ' 5 defini ie generaț

apica%iă nu este posi%iă, deoarece acest ucru ar necesita specificarea

dimensiunior suprafe ei'Acest ca( este deose%it de reevant &n situa ia eectronior,ț ț

deoarece aceştia pot poseda intervae considera%i de ungi ' A devenit o o%i nuin ăș ț

să se specifice o imită de depunere a energiei su% care depunerea este considerată

11



a fi ocaă ) restric ie de energie * + 7e a fost acceptată pe scară argă , ceea ceț

corespunde unei game de eectroni de apro-imativ 9 nm ' 1ectronii de intervae

mai ungi sunt numi i / N eectroni / ' 2n mod aternativ , un interva de restric ieț ț

este de asemenea posi%i , dar este rar foosit din cau(a dificută ior mari de cacu'ț

$otau de energie transferat pe unitatea de ungime este puterea de oprire Od$d-'1ste numeric ega cu 01$, adică fără restric ie'1-istă totu i diferen e conceptuae:ț ș ț

puterea de oprire se ocupă cu pierderea de energie a particuei , &n timp ce 01$ se

concentrea(ă asupra depunerii de energie &n mediu ' 0imitee de energie sunt de

asemenea numite / energiie cut off /'

1ste inerent &n conceptu 01$ că depunerea de energie este privită ca un proces

continuu i că varia iie stocastice nu sunt uate &n considerare ' Acest ucruș ț

imitea(ă apica%iitatea sa , &n specia a cee cu dimensiuni foarte mici '

!e o%icei, particuee secundare acoperă o gamă argă de energie ' !eoarece

puterea or de oprire este o func ie a energiei or , norma că 01$ nu este o singurăț

vaoare cantitativă, dar urmea(ă o distri%u ie cară ' Particuee secundare pot fiț

caracteri(ate prin parametri speciai , ca vaoarea medie , varian ă etc' Aceastaț

soicită &ntre%area ce fe de descriere este cea mai potrivită' Situa ia de aici esteț

simiară '

2n ca(u &n care f)0*d este pro%a%iitatea de a găsi o vaoare 01$ &n intervau

0 ''' 0 Q d0, apoi număru sau media 0$ devine :

Utii(area acestei interrea ii este ce mai potrivită pentru a găsi frecven aț ț

fenomeneor de depunere a energiei , indiferent de contri%u ia or a do(a totaă ' 2nț

ca(u &n care acest ucru nu este suficient , ar fi mai corespun(ător a se utii(a do(a

sau energia medie 0!' aoarea a teptată a unei distri%u ii &n ca(u &n care fiecareș ț

eveniment este ponderat &n func ie de cantitatea de energie depo(itată ' Frac iaț țd)0*d0 din do(a totaă contri%uită de particuee de 01$ , 0 , este dată ca :

12



Am%ee medii sunt egae doar &n ca(u &n care varia ia Rț L a distri%u iei dispare :ț

sau

!in Eq

2 se poate o%serva că 0! 0$ şi că am%ee sunt egae numai dacă

aoarea medie 0$ permite reai(area unei corea ii &ntre e-punerea particueor şiț ɸ

do(ă: se consideră o sferă de ra(a, r, traversată de o particuă e-pusă avnd oɸ

distri%u ie de tip 01$ f)0*d0' 0ungimea căii de distri%u ie &n sferă este e-primatăț ț

prin s)*d'

!o(a ! va fi atunci:

0ungimea căii medii &n interioru sferei este atunci:

13



#i%iografie:

>Trgen Biefer, #ioogica radiation effects, 1ditura Springererag, Capito , 99

J3

14

depozitarea energiei radiatiei

Documents