Најважније из лекције
Заштита од радиоактивног зрачења заснива се на смањивању интензитета зрачења коришћењем препрека различите густине и дебљине:
• \(\alpha\) зрачење: Најмања продорност (домет у ваздуху до \(10\text{ cm}\)); зауставља га лист хартије; споља безопасно, али изузетно опасно при удисању или гутању.
• \(\beta\) зрачење: Средња продорност; зауставља га зид од стакла; опасно и споља за ткива и унутар тела.
• \(\gamma\) зрачење: Највећа продорност; никада се не смањује на тачну нулу; захтева масивне слојеве олова и армираног бетона велике дебљине.
Материјали: Најефикаснији су материјали велике густине и механичке чврстине (олово, челик, армирани бетон).
• \(\alpha\) зрачење: Најмања продорност (домет у ваздуху до \(10\text{ cm}\)); зауставља га лист хартије; споља безопасно, али изузетно опасно при удисању или гутању.
• \(\beta\) зрачење: Средња продорност; зауставља га зид од стакла; опасно и споља за ткива и унутар тела.
• \(\gamma\) зрачење: Највећа продорност; никада се не смањује на тачну нулу; захтева масивне слојеве олова и армираног бетона велике дебљине.
Материјали: Најефикаснији су материјали велике густине и механичке чврстине (олово, челик, армирани бетон).
Заштита од зрачења подразумева коришћење материјалних баријера са циљем да се смањи интензитет радиоактивног зрачења на безбедну и прихватљиву меру.
Ефекти интеракције зрачења са супстанцом кључни су како са становишта биолошке заштите живих бића, тако и за конструкцију детектора зрачења.
Материјали за заштиту: Најефикаснији материјали за заустављање зрачења су они који имају велику густину (олово, челик, гвожђе), а одликују их и висока механичка чврстина и постојаност.
Потребна врста и дебљина заштитног материјала зависе искључиво од врсте зрачења (\(\alpha\), \(\beta\) или \(\gamma\)) и његове продорности.
Зашто се за заштитне баријере најчешће бирају материјали попут олова и челика, а не материјали мале густине?
Због велике густине ови материјали садрже много већи број честица по јединици запремине, што драстично повећава вероватноћу интеракције и апсорпције радиоактивног зрачења, уз истовремену чврстину и механичку постојаност баријере.
Алфа зрачење чине језгра хелијума (\(^4_2\text{He}\)); оно има највећу јонизациону моћ, али најмању продорност међу свим врстама зрачења.
Домет алфа зрачења у ваздуху износи само до \(10\text{ cm}\). За заштиту од спољашњег алфа зрачења довољан је обичан лист хартије или површински мртви слој коже.
Иако не захтева масивне баријере, алфа зрачење представља изузетну опасност уколико радиоактивни материјал доспе у организам (удисањем прашине или гутањем), јер непосредно оштећује ћелије унутрашњих органа.
У лабораторији са отвореним извором алфа зрачења удаљеним пола метра није потребна оловна преграда између извора и експериментатора (јер зрачење прелази само до \(10\text{ cm}\) у ваздуху), али је обавезна употреба маске и рукавица да се спречи унос радиоактивне прашине у тело.
Да ли је за заштиту експериментатора од спољашњег снопа алфа честица неопходно поставити стаклени зид?
Није неопходно. Алфа зрачење се у потпуности зауставља већ након неколико центиметара ваздуха (до \(10\text{ cm}\)) или танким листом хартије, па стаклени зид није потребан као заштита од спољашњег снопа.
Бета зрачење представља брзе електроне или позитроне који имају већу продорност од алфа честица.
За заштиту од бета зрачења потребно је извор физички одвојити од околине чврстом преградом, најчешће зидом од стакла или плочом од лаких метала. Лист хартије није довољан да заустави бета зрачење.
Као и код алфа зрачења, извори бета зрачења су нарочито опасни уколико доспеју у унутрашњост људског тела, јер узрокују тешка унутрашња оштећења ткива.
Због чега се за изолацију извора бета зрачења користи стаклени зид, а не обичан папир?
Бета честице имају знатно већу продорност од алфа честица и лако пролазе кроз лист хартије. Стакло пружа довољну густину и дебљину да потпуно заустави продор брзих електрона/позитрона.
Гама зрачење је електромагнетно зрачење изузетно високе енергије и највеће продорности, због чега га је најтеже изоловати.
Интензитет гама зрачења проласком кроз супстанцу готово никада се не може смањити на нулу. Свака заштитна баријера само смањује (атенуира) његов интензитет на прихватљиву, безбедну вредност, али мали део увек преостане.
За заштиту од гама зрачења неопходни су материјали веома велике густине и дебљине: масивне плоче од олова и дебели зидови од армираног бетона.
Нуклеарни реактори су обложени масивним оклопима од армираног бетона дебљине и више метара, чиме се интензитет гама зрачења своди на безбедне нивое за околину, иако је преостало зрачење строго мерено и даље различито од нуле.
Може ли се постављањем довољно дебелог оловног зида интензитет гама зрачења смањити тачно на нулу?
Не. Интензитет гама зрачења континуирано слаби са повећањем дебљине материјала, али се теоријски и практично никада не своди на тачну нулу - мали део зрачења увек преостане након проласка кроз заштитну баријеру.
| Врста зрачења | Продорност | Типична заштитна баријера | Главни извор опасности |
|---|---|---|---|
| Алфа (\(\alpha\)) | Веома мала (до \(10\text{ cm}\) у ваздуху) | Лист хартије, површина коже | Унос радиоактивног извора у организам |
| Бета (\(\beta\)) | Средња | Зид од стакла, тањи метални лим | Оштећење ткива и унос у организам |
| Гама (\(\gamma\)) | Изузетно велика (не пада на нулу) | Дебели слојеви олова, армирани бетон | Спољашње продирање кроз цело тело |
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Који од наведених материјала пружа минимално неопходну заштиту од бета зрачења: ваздушни слој од \(5\text{ cm}\), лист свеске или стаклена плоча?
Одговор: Стаклена плоча.
Ваздушни слој од \(5\text{ cm}\) и лист свеске довољни су за заустављање само алфа зрачења. Бета честице лако пролазе кроз њих, па захтевају чвршћу баријеру попут стакла.
Ваздушни слој од \(5\text{ cm}\) и лист свеске довољни су за заустављање само алфа зрачења. Бета честице лако пролазе кроз њих, па захтевају чвршћу баријеру попут стакла.
Задатак 2 (средњи): Према степену продорности, зашто је алфа зрачење релативно безопасно док се извор налази изван људског тела, а постаје изузетно опасно ако честице доспеју у организам?
Одговор:
Када је извор ван тела, домет алфа честица је свега неколико центиметара у ваздуху, а зауставља их већ спољашњи, мртви слој коже (епидермис), тако да витална ткива не бивају оштећена.
Међутим, ако се такав извор унесе у организам (дисањем или гутањем), нема заштитног слоја коже - алфа честице директно погађају живе ћелије и због своје велике јонизационе моћи изазивају тешка биолошка оштећења.
Међутим, ако се такав извор унесе у организам (дисањем или гутањем), нема заштитног слоја коже - алфа честице директно погађају живе ћелије и због своје велике јонизационе моћи изазивају тешка биолошка оштећења.
Задатак 3 (средњи): За заштиту око нуклеарних реактора изграђују се зидови од армираног бетона дебљине и по неколико метара. За коју врсту зрачења је првенствено намењена оваква баријера и да ли се њоме зрачење потпуно анулира?
Одговор:
Оваква заштита је намењена за гама зрачење (као најпродорније).
Зрачење се овим зидовима не анулира у потпуности, јер интензитет гама зрачења проласком кроз супстанцу никада не може постати тачно нула. Баријера смањује зрачење на занемарљив, законом дозвољен и безбедан ниво, али део зрачења преостане.
Зрачење се овим зидовима не анулира у потпуности, јер интензитет гама зрачења проласком кроз супстанцу никада не може постати тачно нула. Баријера смањује зрачење на занемарљив, законом дозвољен и безбедан ниво, али део зрачења преостане.
Задатак 4 (тежак): У лабораторији се налазе три радиоактивна препарата: извор \(X\) емитује само \(\alpha\) зрачење, извор \(Y\) емитује \(\beta\) зрачење, а извор \(Z\) емитује \(\gamma\) зрачење. На располагању су вам три преграде: папирни заклон, стаклени прозор и оловни блок дебљине \(15\text{ cm}\).
а) Коју најједноставнију преграду морате употребити за сваки појединачни извор да бисте се заштитили?
б) Шта ће се десити са интензитетом зрачења сваког извора ако испред њих поставимо само стаклени прозор?
а) Коју најједноставнију преграду морате употребити за сваки појединачни извор да бисте се заштитили?
б) Шта ће се десити са интензитетом зрачења сваког извора ако испред њих поставимо само стаклени прозор?
Одговор:
а)
а)
- За извор \(X\) (\(\alpha\)): довољан је папирни заклон (или растојање веће од \(10\text{ cm}\) у ваздуху).
- За извор \(Y\) (\(\beta\)): потребан је стаклени прозор.
- За извор \(Z\) (\(\gamma\)): неопходан је оловни блок дебљине \(15\text{ cm}\).
- Зрачење извора \(X\) (\(\alpha\)) биће потпуно заустављено.
- Зрачење извора \(Y\) (\(\beta\)) биће потпуно заустављено.
- Зрачење извора \(Z\) (\(\gamma\)) ће проћи кроз стакло уз незнатно слабљење, што значи да стакло не пружа адекватну заштиту од овог извора.
