radioactivitatea naturala si artificiala

Click here to load reader

Post on 14-Jul-2016

211 views

Category:

Documents

10 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

RADIOACTIVITATEA NATURALA SI ARTIFICIALA

1. Introducere:

Pornind de la structura substantei si lund drept criteriu de clasificare partile ei componente, fizica se mparte n:

fizica moleculara, atomica, nucleara, electronica, fizica particulelor elementare.

Materia se compune din elemente chimice. Pna n prezent au fost identificate 111 elemente.

Dintre acestea, elementele care predomina sunt oxigenul (46,1%), siliciul (28,2%), aluminiul 212h77c (8,23%), fierul (5,63%), calciul (4,15%), sodiul (2,36%), magneziul (2,33%), potasiul (2,09%).

Elementele atomi caracteristici (contin un nucleu constituit din protoni, cu sarcina pozitiva si neutroni care sunt fara sarcina electrica, si electroni cu sarcina negativa, care se misca n jurul nucleului, pe orbite discrete, care pot fi parcurse cu o anumita probabilitate)

Atomul contine un numar egal de protoni si electroni si n consecinta va fi neutru din punct de vedere electric.

Numarul atomic Z reprezinta numarul protonilor si totodata al electronilor din atom, iar numarul de masa A reprezinta totalitatea protonilor si neutronilor dintr-un atom.

Speciile unui element care au numar diferit de neutroni se numesc izotopi ai acestui element.

Atomii diferitelor elemente pot avea acelasi numar de masa. Nuclizii acestor elemente sunt nuclizi izobari. Nuclizii cu acelasi numar de neutroni, dar cu numar diferit de protoni se numesc izotoni.

Obs.

Raportul dintre numarul de neutroni (N) si numarul de protoni (Z), N/Z, creste o data cu numarul de masa A. S-a dovedit ca nucleele sunt stabile numai n cazul n care raportul N/Z este apropiat de o valoare bine determinata, care este functie de numarul de masa A.

Obs.

O dezmembrare a nucleului necesita nvingerea fortelor nucleare si pentru aceasta trebuie sa fie cheltuita o energie, si invers, pentru alcatuirea nucleului din nucleoni liberi trebuie pusa n libertate aceeasi energie. Aceasta energie se numeste energie de legatura.

2. Tipuri de radiatii:

Def.

Prin radiatie se ntelege un proces n care o sursa emite energie si aceasta se propaga n mediul care nconjoara sursa, sau pur si simplu, radiatia defineste energia implicata n acest proces.

Dupa natura lor, radiatiile pot fi corpusculare sau electromagnetice.

Radiatiile corpusculare sunt formate din particule de substanta avnd o anumita energie cinetica.

Ele pot fi ncarcate electric sau pot sa fie neutre:

Radiatiile corpusculare ncarcate electric sunt de exemplu:

*particulele a (nuclee de heliu) rezulta din dezintegrarea radioactiva de tip alfa (contin doua sarcini elementare pozitive iar masa lor este egala cu patru unitati atomice de masa si datorita sarcinii lor electrice pozitive, ele sunt deviate n cmp electric si magnetic).

*particulele b- (electroni) rezultnd din dezintegrarea radioactiva de tip b minus (poarta o sarcina elementara negativa si numar de masa zero, masa lor fiind egala cu 1/1840 unitati atomice de masa si datorita sarcinii electrice negative sunt deviate n cmp electric si magnetic n sens opus directiei de deviere a radiatiei ).

*Particulele b+ (pozitroni) si rezulta din dezintegrarea radioactiva de tip beta plus sau prin generare de perechi.

*Protonii (nuclee de hidrogen)

.

Radiatii corpusculare neutre din punct de vedere electric:

*neutronii (particule elementare nucleare cu numar de masa 1). Neutronii pot fi eliberati spontan doar de un numar foarte mic de nuclizi. n majoritatea cazurilor provin din procesele de fisiune ale U-235, U-238, Pu-239 etc.

Radiatiile electromagnetice sunt emise si absorbite n natura sub forma de cuante (fotoni).

Fotonii sunt particule fara masa de repaus, ce transporta, fiecare, o cantitate de energie E = h , unde h este constanta lui Planck, iar este frecventa radiatiei. Masa de miscare a fotonilor se leaga de energie prin formula lui Einstein E = m c2, c fiind viteza luminii n vid.

Spectrul radiatiilor electromagnetice:

Imagine:Electromagnetic spectrum.jpg

Radiatia este o radiatie electromagnetica de natura nucleara, caracterizata prin lungime de unda foarte scurta. Ea nu este deviata n cmp electric sau magnetic si apare de obicei mpreuna cu radiatia sau .

Obs.

Radiatiile amintite prezinta unele proprietati comune: sunt invizibile, se deplaseaza cu viteza foarte mare si pot patrunde n materiale la adncimi diferite, n functie de natura si energia radiatiei.

3. Radioactivitatea:

Din cei aproximativ 2000 de nuclizi cunoscuti pna n prezent doar 290 sunt stabili, ceilalti sunt instabili si se transforma spontan, fara vreo interventie exterioara n nuclee stabile.

Trecerea spre un nucleu stabil se poate face printr-o singura transformare sau prin mai multe transformari trecnd prin stari intermediare instabile pna la starea finala stabila, sirul lor formnd o serie de dezintegrare.

Un nuclid instabil se transforma n mod spontan ntr-un nuclid mai stabil, cu emisie de radiatie.

Def.

Prin radioactivitate se ntelege capacitatea nucleelor instabile de a emite radiatii ionizante.

Acest fenomen se numeste dezintegrare radioactiva, n urma careia nucleul sufera o modificare bine determinata.

Obs.

n majoritatea cazurilor, nucleele radioactive naturale sunt cele grele, cu Z cuprins ntre 81 si 94. Exista nsa si nuclee relativ usoare, natural radioactive, cum sunt 14C sau 40K.

De exemplu, radioactiv stabil + -

Iradierea este actiunea de expunere la radiatii a unui corp, iar interactiunea dintre radiatie si substanta provoaca, n general, transformari n acel corp.

Transformarile din organismele vii sunt cunoscute sub numele de "efecte la iradiere". Daca sursa de radiatii este exterioara corpului iradiat se foloseste termenul de "iradiere externa", daca sursa de radiatii este ncorporata sau distribuita n masa corpului, se foloseste termenul de "iradiere interna".

Dupa natura surselor de radiatii, aflate n mediul nconjurator independent de vointa omului, sau "realizate" de "om", distingem iradierea naturala si artificiala sau antropica.

Iradierea organismului datorata surselor naturale de radiatii se numeste iradiere naturala.

Obs.

Populatia umana, ca de altfel toata biosfera, a fost si continua sa fie expusa inevitabil la doze mici de radiatii ionizante provenind din surse naturale.

Comisia Internationala pentru Protectie Radiologica (CIPR) considera ca se poate accepta pentru umanitate o valoare limita de expunere la radiatii ionizante corespunznd la dublul dozei medii la care omul este expus n conditii naturale, ceea ce presupune ca specia umana este adaptata la iradierea existenta n prezent n mediul sau de viata. Cu toate acestea, riscurile pe care le comporta chiar nivelele scazute de radiatii nu trebuie sa fie neglijate, ele constituind n ultimul timp obiectul unor studii efectuate n cadrul unor programe de cercetare internationale.

Pe lnga iradierea naturala (92%) trebuie considerata iradierea artificiala (8%) suplimentara, care poate fi medicala, profesionala sau accidentala.

Iradierea medicala n scop diagnostic sau terapeutic reprezinta, dupa iradierea naturala, sursa majora de expunere a populatiei. Fie ca se utilizeaza fascicule externe sau radiatii provenite de la surse introduse n corp, procedurile diagnostice si terapeutice aplicate n medicina nucleara conduc la o iradiere suplimentara. Pentru o evaluare ct mai buna a riscurilor generate de iradierea efectuata, se impune estimarea ct mai precisa a dozelor de radiatie. Distrugerea tesuturilor maligne prin iradiere este o aplicatie utila a afectelor distructive ale radiatiei ionizante.

3.1. Descoperirea radioactivitatii. Radioactivitatea naturala

1896 Henri Becqueral a descoperit radioactivitatea naturala. A demonstrat ca uraniul si sarurile sale emit spontan radiatii care pot traversa corpurile si impresioneaza placa fotografica.

Proprietatea nucleelor de-a emite radiatii a fost numita de catre Marie si Pierre Curie radioactivitate.

1898 Marie si Pierre Curie au descoperit radioactivitatea thoriului, poloniului, radiului. Uraniul si thoriul au o activitate mai putin intensa dect poloniul si radiul.

Radiatiile emise de substantele radioactive au o serie de proprietati caracteristice, ca ionizarea gazelor, impresionarea emulsiei fotografice, provocarea luminiscentei unor substante, degajarea de energie.

1934 Irne si Frdric Jolliot-Curie au descoperit radioactivitatea artificiala.

Prin iradiere, n special cu neutroni, unele elemente care n mod natural sunt stabile, devin radioactive. (n urma proceselor radioactive sunt emise radiatii a, b si g)

Din punct de vedere al puterii de patrundere si al puterii de ionizare:

*razele a au putere mica de patrundere si o mare putere de ionizare

*razele b au putere mare patrundere si o mai mica putere de ionizare

*razele g au cea mai mare putere de patrundere si cea mai mica putere de ionizare.

Radioactivitatea a fost descoperita initial la elementele grele care se ntlnesc n natura: U, Ra, Ac, Th.

Dezintegrarea acestor elemente prin emisia de particule a si b nu duce la formarea unui nucleu stabil, ci aceasta se realizeaza prin formarea unor radioelemente intermediare care deriva unul din altul.

Obs.

Studiul elementelor radioactive ntlnite n natura a aratat ca acestea pot fi nglobate n trei lanturi succesive, numite serii (familii) radioactive:

*seria thoriului,

*seria uraniului,

*seria actiniului.

*n anul 1940 a