Promieniowanie jonizujące w środowisku

Prezentacja na temat: "Promieniowanie jonizujące w środowisku"— Zapis prezentacji:

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

2 Tablica izotopów cd.

3 Zanikanie radioaktywności A(t)

4 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/ Jądro T1/2 3H lat U mld lat 7Be dni U mld lat 14C lat Th mld lat

5 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

6 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: H, 14C, 7Be i kilkanaście innych.

7 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.

8 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.

9 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

10 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%

11 Szereg uranowy

12 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

13 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)

14 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

15 Skład promieniowania kosmicznego
Pierwotne: Protony (jądra atomu wodoru) 87% Cząstki alfa (jądra helu) % 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).

16 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.

17 Tablica izotopów – okolice 14C

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

19 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 razy większych Stara jednostka 1Ci=3.7*1010Bq Aktywność właściwa to aktywność 1g Aktywnośc własciwa potasu 30Bq/g

20 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)

21 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 Ra (T1/2=1600 lat) – 222Rn (T1/2=3.8 dnia) Rozpad 232Th ……….. 228Ra (T1/2=6.7 lat) – 220Rn (T1/2=55 sek)

22 Radon i produkty jego rozpadu

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

24 Rozprzestrzenienie radonu

25 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

26 Zawartość radioaktywnych izotopów w wodzie (Bq/1000l)
3H Ra Rn K U Morze * Rzeki Woda grunt do 4* Deszcze * Woda pitna W wodzie pitnej szczególnej kontroli podlega zawartość 226Ra, który ma tendencję do akumulowania się w układzie kostnym organizmu

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

28 Radioaktywność materiałów budowlanych
Radioaktywność materiałów w (Bq/kg) Materiał K, Ra Th Granit (D) Granit (I) Fosfogips (UK) Czerwona cegła (D)

29 Radioaktywne izotopy w żywności
Produkt Całkowita aktywność w Bq/kg Owoce Mięso Mleko skondensowane – 8 Czekolada Herbata (suche listki) Orzeszki brazylijskie

30 Ciało człowieka W naszych ciałach znajduje się średnio
2g potasu na 1kg ciała 40K 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)

31 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.

32 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: H, 14C, 7Be i kilkanaście innych.