Promieniowanie jonizujące w środowisku (2) Promieniowanie radioaktywnych jąder atomowych w środowisku – naturalna promieniotwórczość

Tablica izotopów cd.

Zanikanie radioaktywności A(t)

Okres połowicznego rozpadu jądra Czas w ciągu którego połowa jąder ulega rozpadowi. ( T1/2 ) Czas połowicznego zaniku zmienia się od jądra do jądra i może wynosić ułamki sekundy aż do miliardów lat Jądro T1/2 Jądro T1/2 3H 12 lat 238U 4.47 mld lat 7Be 53 dni 235U 0.71 mld lat 14C 5730 lat 232Th 14.1 mld lat

Radioaktywne jądra atomowe w środowisku naturalnym Długożyciowe jądra (o T1/2 około miliarda lat) rozpadające się na jądra stabilne Długożyciowe jądra rozpadające się na inne niestabilne jądra o znacznie krótszym T1/2. Jądra, które powstają w wyniku kolejnych rozpadów tworzą tak zwane szeregi promieniotwórcze Jądra, które nieustannie powstają podczas zderzeń promieniowania kosmicznego z jądrami azotu i tlenu w atmosferze

Naturalna promieniotwórczość czyli radioaktywne jądra znajdujące się w środowisku. Podsumowanie Długożyciowe jądra (o T1/2 około 109 lat) rozpadające się na jądra stabilne: 40K, 87Rb i kilkanaście innych. Jądra, które rozpadają się na jądra niestabilne i które tworzą szeregi promieniotwórcze: Długożyciowe 232Th, 238U i 235U i ich produkty rozpadu. Około 50 izotopów; najważniejsze z nich to 226Ra i 222Rn. Jądra, które powstają podczas zderzeń stabilnych jąder (głównie tlenu i azotu) z promieniowaniem kosmicznym: 3H, 14C, 7Be i kilkanaście innych.

Długożyciowe jądra rozpadające się na jądra stabilne Tablica izotopów zawiera kilkanaście jąder, które rozpadają się na jądra stabilne Najważniejsze z nich to: 40K, 87Rb 40K ma T1/2 = 1.26*109 lat. Abundancja = 0.012% 87Rb ma T1/2 = 4.8*1010 lat. Abundancja = 27.9% Inne radioaktywne jądra to jądra pierwiastków rzadziej występujące w składzie chemicznym Ziemii. Np: 50V, 115In, 123Te, 138La, 190Pt.

Izotopy potasu W 40g potasu znajduje się 6.02*1023 atomów. Z tego 0.012% to atomy z jądrami 40K. W 1g potasu w ciagu 1 sekundy rozpada się 30 jąder 40K.

Sposoby przemiany jądra w inne jądro Rozpad beta to zamiana jądra słabiej związanego w jądro silniej związane poprzez zamianę jednego z neutronów w proton (gdy w jądrze jest za dużo neutronów) lub jednego protonu w neutron (gdy w jądrze jest za dużo protonów). A bez zmiany, Z zmienia się na Z+1 lub na Z-1 Rozpad alfa: Ciężkie jądra, zawierające ponad 200 składników łatwiej potrafią zamienić się w jądro silniej związane poprzez pozbycie się równocześnie połączonych razem dwóch protonów i dwóch neutronów czyli cząstki alfa. A zmienia się na A-4, Z zmienia się na Z+2 Rozpad gamma: Po rozpadzie beta jądro często emituje promieniowanie elektromagnetyczne i pozostaje tym samym. A i Z bez zmian

Szeregi Promieniotwórcze W środowisku znajdują się 3 długożyciowe izotopy promieniotwórcze, które rozpadają się na inne również promieniotwórcze jądra. Są to 232Th, 238U i 235U. 232Th (1.4*1010 lat) ……..11 jąder… 208Pb 238U (4.5*109 lat ………...14 jąder…. 206Pb 235U (7.1*108 lat)……….…12 jąder…..207Pb W składzie chemicznym Ziemii jest około 4 razy więcej toru niż uranu. Abundancje izotopów wynoszą: 232Th=100%, 238U=99.3% i 235U=0.7%

Szereg uranowy

Rejestrowanie promieniowania jonizującego Detektory rejestrują pojedyncze cząstki czyli rejestrujemy kolejne zdarzenia rozpadu poszczególnych jader Gdy w próbce mamy tylko 1 milion atomów radioaktywnego izotopu, który rozpada się z czasem połowicznego zaniku T1/2 = np.. 1 dzień to rejestrujemy około 10 zdarzeń na sekunkę Natychmiast identyfikujemy izotop! Czas połowicznego zaniku zmienia się od jądra do jądra i może wynosić ułamki sekundy aż do miliardów lat. Dobra identyfikacja gdy jadro emituje promieniowanie gamma

Promieniowanie kosmiczne promieniowanie pierwotne (dociera z kosmosu do górnych warstw atmosfery) promieniowanie wtórne (dociera na poziom morza po przekształceniach na skutek oddziaływania promieniowania pierwotnego z atmosferą)

Promieniowanie kosmiczne Oddziaływanie z atmosferą Cząstki tworzące promieniowanie kosmiczne mają bardzo dużą energię. Wywołują one liczne reakcje jądrowe z jądrami pierwiastków stanowiących atmosferę Atmosfera absorbuje i zmienia skład promieniowania pierwotnego

Skład promieniowania kosmicznego Pierwotne: Protony (jądra atomu wodoru) 87% Cząstki alfa (jądra helu) 11% Inne jądra około 1% Elektrony około 1% Wtórne: Mezony około 80% Elektrony około 20% Skład promieniowania kosmicznego ulega zmianie na skutek reakcji jądrowych. Średnia energia cząstek z kosmosu to około 1010eV, maksymalna dochodzi do 1019eV. W wyniku reakcji powstają nowe jądra, które szybko są wyhamowywane. Na powierzchnię docierają cząstki bardziej przenikliwe (mające wiekszy zasięg).

Jądra promieniotwórcze, które ciągle powstają w atmosferze Promieniowanie kosmiczne oddziaływuje z jądrami azotu i tlenu z atmosfery. W wyniku zachodzących reakcji jadrowych powstają nowe jądra. Część z nich jest radioaktywnych o stosunkowo długim T1/2. Najważniejsze z tych jąder to: 3H (T1/2=12lat) 14C(T1/2=5730lat), 7Be(T1/2=53dni) Pozostają one w środowisku przez długi czas aż do swojego rozpadu.

Tablica izotopów – okolice 14C

Naturalna promiemiotwórczość Gdzie w środowisku znajdują się izotopy promieniowtwórcze? Odpowiedź na to pytanie brzmi - wszędzie Powietrze Woda Materiały Żywność Ciało człowieka

Jednostka aktywności źródła promieniotwórczego Aktywność źródła to liczba jąder atomowych ulegających rozpadowi w ciągu 1 sekundy Jednostką aktywności jest 1 Bq (bekerel) Częściej używa się 1kBq i 1MBq, jednostek 1000 i 1000000 razy większych Stara jednostka 1Ci=3.7*1010Bq Aktywność właściwa to aktywność 1g Aktywnośc własciwa potasu 30Bq/g

Radioaktywność powietrza W powietrzu znajdują się następujące radioaktywne jądra atomowe: 222Rn i 220Rn (powstają po rozpadach 238U i 232Th, do atmosfery dyfundują z gleby) 14C(w postaci CO2), 3H(jako para wodna), 7Be i 37Ar (wszystkie powstają w atmosferze w wyniku reakcji wywołanych przez promieniowanie kosmiczne) 85Kr(produkt testów z bronią jądrową o połowicznym czasie zaniku 10.7 lat)

Radioaktywność powietrza Przykłady W powietrzu zawsze znajdują się produkty rozpadu radonu, gazu o chemicznych własnościach gazu szlachetnego, który przenika do powietrza natychmiast gdy powstanie Rozpad 238U . . . . . 226Ra (T1/2=1600 lat) – 222Rn (T1/2=3.8 dnia) Rozpad 232Th ……….. 228Ra (T1/2=6.7 lat) – 220Rn (T1/2=55 sek)

Radon i produkty jego rozpadu

Zawartość radonu w powietrzu w domu Źródło Aktywność Podłoże (gleba) 0.05 Bq/l Woda wodociągowa 0.0005 Bq/l Materiał ścian 0.003 Bq/l Powietrze z zewnątrz 0.006 Bq/l Radon swobodnie dyfunduje przez materiały. Do powietrza dostaje się głównie z gleby i skał podłoża.

Rozprzestrzenienie radonu

Radioaktywność wody Zawartość 226Ra i 228Ra w wodzie głębinowej (źródlanej) Od 0 do 0.5 Bq/l Ślady radioaktywnych izotopów, głównie radu znajdują w wodzie wodociągowej Oprócz 226Ra i 228Ra w wodzie występują również w małych ilościach 3H, 7Be, 40K

Zawartość radioaktywnych izotopów w wodzie (Bq/1000l) 3H 226Ra 222Rn 40K 238U Morze 40-60 1.5-6 1-30 1.5*105 40 Rzeki 40-400 0-80 400-2000 40-2000 0.5-40 Woda grunt. 40-400 1-400 do 4*105 4-400 1-200 Deszcze 400-800 - 104-4*106 4-80 - Woda pitna 200 4 400-4000 200 2 W wodzie pitnej szczególnej kontroli podlega zawartość 226Ra, który ma tendencję do akumulowania się w układzie kostnym organizmu

Radioaktywne izotopy wytrącane z powietrza na powierzchnię ziemii Opad 210Pb Opad 7Be

Radioaktywność materiałów budowlanych Radioaktywność materiałów w (Bq/kg) Materiał 40K, 226Ra 232Th Granit (D) 1000 100 80 Granit (I) 1500 130 120 Fosfogips (UK) 70 800 20 Czerwona cegła (D) 330 280 230

Radioaktywne izotopy w żywności Produkt Całkowita aktywność w Bq/kg Owoce 0.4 Mięso 2 Mleko skondensowane 4 – 8 Czekolada 30 Herbata (suche listki) 150 Orzeszki brazylijskie 5000

Ciało człowieka W naszych ciałach znajduje się średnio 2g potasu na 1kg ciała 40K 60 Bq/1kg Osoba ważąca około 60kg jest źródłem promieniowania gamma o aktywności około 4000 Bq 87Rb średnio 8 Bq/1kg 3H (brak bezpośrednich pomiarów) 14C ( około 220 Bq/1kg ) 226Ra (średnio 0.17 Bq/1kg kości)

Komentarz: Co oznacza, że materiał zawiera radioaktywne izotopy. Izotopy promieniotwórcze emitują promieniowanie, które łatwo możemy zarejestrować. Każdy izotop emituje promieniowanie o określonej energii. Promieniowanie gamma jednoznacznie identyfikuje radioaktywny izotop. Izotop zwykle rozpada się na inny stabilny. Np. 40K rozpada się na 40Ca a 14C na 14N, które są stabilne. Po rozpadzie powstały izotop niczym nie różni się od innych izotopów tego samego typu. Źródło promieniotwórcze zawiera z punktu widzenia makroskopowego bardzo mało atomów. Np. Źródło 131I o aktywności 780 MBq zawiera około 1014 atomów jodu czyli 2*10-8g, jest to ilość niewykrywalna metodami chemii. Z punktu widzenia zanieczyszczeń chemicznych radioaktyne izotopy nie mają żadnego znaczenia bo ich koncentracja jest znikomo mała.

Naturalna promieniotwórczość czyli radioaktywne jądra znajdujące się w środowisku. Podsumowanie Długożyciowe jądra (o T1/2 około 109 lat) rozpadające się na jądra stabilne: 40K, 87Rb i kilkanaście innych. Jądra, które rozpadają się na jądra niestabilne i które tworzą szeregi promieniotwórcze: Długożyciowe 232Th, 238U i 235U i ich produkty rozpadu. Około 50 izotopów; najważniejsze z nich to 226Ra i 222Rn. Jądra, które powstają podczas zderzeń stabilnych jąder (głównie tlenu i azotu) z promieniowaniem kosmicznym: 3H, 14C, 7Be i kilkanaście innych.