Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Krzysztof Kucab Instytut Fizyki pokój 119

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Krzysztof Kucab Instytut Fizyki pokój 119"— Zapis prezentacji:

1 Krzysztof Kucab Instytut Fizyki pokój 119

2 Podstawy Fizyki Wykład I Wiadomości podstawowe Rzeszów, 2011r.

3 Zalecana literatura –A. Strzałkowski, Wstęp do fizyki jądra atomowego, PWN, Warszawa 1979; –R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa, PWN Warszawa 1983; –Ch. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN, Warszawa 1999; –dowolny podręcznik nt. fizyki jądrowej, teorii ciała stałego i mechaniki kwantowej na poziomie wyższym; –Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 18 I 2005r. w sprawie dawek granicznych promieniowania jonizującego. 3

4 Plan wykładu 1. Przedmiot i metodologia fizyki: –czym jest fizyka; –wielkości fizyczne i ich jednostki; –układ jednostek SI. 2. Promieniowanie jonizujące: –atom – wiadomości podstawowe; –promieniowanie,, ; –rozpad promieniotwórczy; –biologiczne działanie promieniowania (jednostki promieniowania). 4

5 Czym jest fizyka? Fizyka jest podstawową nauką przyrodniczą zajmującą się badaniem najbardziej fundamentalnych i uniwersalnych właściwości materii i zjawisk w otaczającym nas świecie. Właściwości te wynikają z wzajemnych oddziaływań fundamentalnych między elementarnymi składnikami materii. A.K. Wróblewski 5

6 Fizyka (z gr. φύσις physis - "natura") – nauka o przyrodzie w najszerszym znaczeniu tego słowa. Fizycy badają właściwości i przemiany materii i energii oraz oddziaływanie między nimi. Wikipedia Fizyka (gr. physik przyrodoznawstwo < phýsis natura, przyroda), nauka o budowie oraz właściwościach materii i działających na nią siłach. Encyklopedia PWN 6

7 Fizyka jest nauką ścisłą i ilościową ponieważ posługuje się pojęciem wielkości fizycznych, które można ujmować ilościowo, a wyniki badań podaje w postaci liczb i praw wyrażonych matematycznie. Cechą praw fizycznych jest ich uniwersalność i niezmienniczość. 7

8 Prawa fizyki są identyczne dla wszystkich obserwatorów, tzn. we wszystkich układach odniesienia. Jest to treść ogólnej zasady względności podanej przez A. Einsteina w 1916 r. 8

9 Oddziaływania fundamentalne 1. Oddziaływanie grawitacyjne (podstawowe znaczenie w ruchach ciał niebieskich, czy przy opisie ruchu ciał na Ziemi) występuje pomiędzy ciałami obdarzonymi masą; 2. Oddziaływanie elektromagnetyczne (emisja i absorpcja promieniowania elektromagnetycznego, tarcie, sprężystość). Występuje ono pomiędzy ładunkami elektrycznymi i momentami magnetycznymi. 9

10 3. Oddziaływanie słabe (spontaniczna przemiana jąder atomowych, rozpad wielu cząstek elementarnych, np. mionu czy cząstek dziwnych); 4. Oddziaływanie silne (jądrowe) [związanie nukleonów w trwałe układy, reakcje między cząstkami elementarnymi (np. kwarki, antykwarki i gluony) oraz ich rozpady]. 10

11 Układy jednostek W 1960 r. na XI Generalnej Konferencji Miar i Wag w Paryżu wprowadzono międzynarodowy układ jednostek SI (Systéme International). Układ SI został przyjęty jako obowiązujący w Polsce w 1966 r. 11

12 Wielkości podstawowe SI i ich jednostki: 1.długość – metr [m], 2.masa – kilogram [kg], 3.czas – sekunda [s], 4.natężenie prądu – amper [A], 5.temperatura – kelwin [K], 6.natężenie światła – kandela [cd], 7.ilość materii – mol [mol]. Dodatkowe dwie jednostki uzupełniające: 8. miara kąta płaskiego – radian [rad], 9. miara kąta bryłowego – steradian [sr]. 12

13 Przedrostki dla jednostek przedrostekmnożnikskrót eksa E peta P tera T giga G mega M kilo k hekto h deka da decy d centy c mili m mikro nano n piko p femto f atto a 13

14 Promieniowanie jonizujące Atom - najmniejsza cząstka pierwiastka chemicznego, która jeszcze posiada własności chemiczne tego pierwiastka. 14 elektron neutron proton UWAGA! Przedstawiony rysunek jest znacznym uproszczeniem rzeczywistego modelu atomu (nie w skali)

15 Promieniowanie jonizujące Gdyby proton miał promień r=1m to promień orbity elektronu wynosiłby ok. 32km. Na rysunku: proton umieszczony w centrum Rzeszowa; okrąg – orbita elektronu.

16 Promieniowanie jonizujące Oznaczenia: X – symbol pierwiastka; Z – liczba atomowa – równa liczbie protonów w jądrze (własności chemiczne); A – liczba masowa – równa sumie liczb protonów i neutronów w jądrze (wł. fizyczne) 16

17 Promieniowanie jonizujące UWAGA! Atomy wielu pierwiastków istnieją w odmianach różniących się jedynie masą (mają różne liczby masowe). Są to tzw. izotopy danego pierwiastka. Niektóre izotopy: 17 tryt deuter prot

18 Promieniowanie jonizujące Promieniotwórczość (radioaktywność) – zespół zjawisk towarzyszących występującym spontanicznie jądrowym przemianom promieniotwórczym. Zaobserwowana po raz pierwszy przez H. Becquerela, a następnie opisana i zbadana przez M. Skłodowską-Curie oraz P. Curie. 18

19 Promieniowanie jonizujące Przemiany promieniotwórcze – zachodzące spontanicznie procesy jądrowe, w wyniku których zmienia się skład nukleonowy jądra atomowego ulegającego przemianie, bądź też zmienia się stan energetyczny tego jądra. Nukleony – protony i neutrony. 19

20 Promieniowanie jonizujące W 1902r. E. Rutherford wykazał, że promieniowanie emitowane przez ciała promieniotwórcze może mieć trzy różne aspekty (promieniowanie,, ): 20 Reguła lewej dłoni (Fleminga)

21 Promieniowanie jonizujące Promieniowanie - cząstki naładowane dodatnio – strumień jąder helu niosących dwa elementarne ładunki dodatnie - duża absorpcja (kartka papieru, kilka cm powietrza) - prędkości cząstek dochodzące do 22000km/s - wartości energii: 4 – 8 MeV 21

22 Promieniowanie jonizujące Przykłady rozpadów 22

23 Promieniowanie jonizujące Promieniowanie - cząstki naładowane ujemnie – strumień elektronów niosących elementarny ładunek ujemny - średnia absorpcja - prędkości cząstek dochodzące do c - wartości energii: 0.06 – 3.18 MeV UWAGA Powyższa dyskusja dotyczy promieniowania 23

24 Promieniowanie jonizujące Promieniowanie rozpad jest możliwy dzięki przemianie: 24

25 Promieniowanie jonizujące Przykłady rozpadów 25 datowanie radiowęglowe I II

26 Promieniowanie jonizujące *Widmo energetyczne elektronów w rozpadzie UWAGA! Postulat istnienia neutrina *G.J. Neary, Proc. Phys. Soc. A175, 71 (1940) 26

27 Promieniowanie jonizujące Promieniowanie - cząstki pozbawione ładunku – strumień wysokoenergetycznych fotonów (fala elektromagnetyczna) - bardzo przenikliwe wartości energii (dyskretne): ułamek - kilkanaście MeV 27

28 Promieniowanie jonizujące Przykład rozpadu 28

29 Promieniowanie jonizujące 29

30 Promieniowanie jonizujące Przekrój czynny Promieniowanie jonizujące przechodząc przez materię oddziałuje z nią. 30 centrum oddziaływania strumień cząstek padających (n 0 ) strumień cząstek przechodzących (n) grubość warstwy (x)

31 Promieniowanie jonizujące gdzie: – przekrój czynny [m 2 ]; N – gęstość centrów oddziaływania. Użyteczna jednostka przekroju czynnego: barn (b) UWAGA! Model atomu Rutherforda 31

32 Promieniowanie jonizujące Prawo rozpadu promieniotwórczego Procesy rozpadu jąder zachodzą spontanicznie Zdolność promieniowania danego pierwiastka zmienia się według zależności gdzie to tzw. stała zaniku promieniotwórczego (charakterystyczna dla danego pierwiastka).

33 Promieniowanie jonizujące Prawo rozpadu promieniotwórczego Okres połowicznego rozpadu T 1/2 – to czas, po którym z początkowej ilości atomów promieniotwórczych pozostanie połowa n0n0 n n 0 /2 n 0 /4 T 1/2 2T 1/2 3T 1/2 4T 1/2

34 Promieniowanie jonizujące Okresy połowicznego rozpadu niektórych izotopów: izotopsymbolo.p.r. [lata]uwagi polon Po138.4 dnia kobalt Co5.2714bomba kobaltowa tryt 3 H (T)12.33wskaźnik izotopowy rad Ra1599 węgiel C5730datowanie uran U energia atomowa uran U

35 Promieniowanie jonizujące Rozpad promieniotwórczy izotopu węgla 14 C: 5730 n/n 0 t[lata] datowanie radiowęglowe

36 Promieniowanie jonizujące Biologiczne działanie promieniowania Symbol promieniowania jonizującego Ustawa Prawo atomowe z dnia 29 listopada 2000r.

37 Promieniowanie jonizujące

38 Promieniowanie jest przyczyną m.in. radiolizy wody. Radioliza wody prowadzi do powstawania cząstek takich jak: H +, H 2, H 2 O -,H 2 O +,e -,e +,HO 2,HO 3 -,H 2 O 2, z których niektóre to bardzo aktywne wolne rodniki. Wolne rodniki mogą reagować z proteinami, a w szczególności dezaktywować enzymy, powodować uszkodzenia błony komórkowej i zmianę ich przepuszczalności.

39 Promieniowanie jonizujące Jednostki promieniowania Aktywność źródła Dawka promieniowania określające źródło promieniowania określające działanie promieniowania na otoczenie liczba spontanicznych przemian jądrowych zachodzących w źródle w jednostce czasu - dawka ekspozycyjna - dawka pochłonięta - równoważnik dawki

40 Promieniowanie jonizujące Aktywność źródła 1 bekerel (1Bq) to aktywność źródła promieniotwórczego, w którym w ciągu jednej sekundy następuje jeden rozpad. Równoważna jednostka: 1 kiur to aktywność 1g radu 226 Ra.

41 Promieniowanie jonizujące Dawka ekspozycyjna to suma ładunków elektrycznych jonów jednego znaku wytworzonych w jednostce masy suchego powietrza w warunkach normalnych wskutek jonizacji wywołanej promieniowaniem X lub. Jednostką dawki ekspozycyjnej jest C/kg.

42 Promieniowanie jonizujące Dawną jednostką dawki ekspozycyjnej był rentgen. 1 rentgen to taka wielkość promieniowania X lub, które w 0, g powietrza (1cm 3 suchego powietrza w warunkach normalnych) wytwarza przez jonizację ładunek każdego znaku równy 1 j.e.s. (j.e.s. = jednostka elektrostatyczna ładunku).

43 Promieniowanie jonizujące Dawka pochłonięta to ilość energii promieniowania przenikliwego pochłonięta przez jednostkową masę materii. Jednostką dawki pochłoniętej jest grej: 1 Gy=1 J/kg.

44 Promieniowanie jonizujące Dawną jednostką dawki pochłoniętej był rad. 1 rad to dawka promieniowania odpowiadająca pochłonięciu w 1 g materii energii promieniowania równej 100 ergów (10 -5 J) (erg= jednostka energii w układzie CGS).

45 Promieniowanie jonizujące Dawkę pochłoniętą w jednostce czasu nazywa się mocą dawki. Jednostką mocy dawki jest Gy/s. Moc dawki na poziomie 2.4 mGy/rok jest typowa dla tła naturalnego. W terapii nowotworowej chora tkanka zabijana jest dawką (aplikowaną miejscowo) ok. 100Gy.

46 Promieniowanie jonizujące Równoważnik dawki jest to dawka pochłonięta w danej tkance lub narządzie T z uwzględnieniem skutków biologicznych wywołanych przez różne rodzaje promieniowania R Jednostką równoważnika dawki jest siwert: 1 Sv=1 J/kg.

47 Promieniowanie jonizujące Dawkę równoważną H T,R określamy wzorem: gdzie w R jest współczynnikiem wagowym promieniowania R, D T,R jest średnią dawką promieniowania R pochłoniętą w tkance lub narządzie T.

48

49 Promieniowanie jonizujące W przypadku pola promieniowania składającego się z różnych rodzajów promieniowania wprowadzamy całkowity równoważnik dawki H T :

50 Promieniowanie jonizujące Dawka skuteczna (efektywna) E H to suma wszystkich dawek równoważnych od napromieniowania zewnętrznego i wewnętrznego we wszystkich tkankach i narządach (patrz tabela na następnym slajdzie) z uwzględnieniem odpowiednich współczynników wagowych narządów lub tkanek, obrazująca narażenie całego ciała: gdzie w T jest współczynnikiem wagowym narządu lub tkanki T

51

52 Promieniowanie jonizujące

53

54

55 źródło: GUS, Mały rocznik statystyczny 2011, Warszawa


Pobierz ppt "Krzysztof Kucab Instytut Fizyki pokój 119"

Podobne prezentacje


Reklamy Google