Најважније из лекције
Јонизујуће зрачење јонизује честице средине и изазива биолошке промене у ћелијама.
Дозе зрачења:
Детекција: Врши се помоћу Гајгер-Милеровог бројача и дозиметара.
Три принципа заштите: 1. Скратити време излагања; 2. Повећати удаљеност од извора; 3. Користити одговарајући заклон.
Дозе зрачења:
- Апсорбована доза (\(D = \frac{E}{m}\)): мери се у грејима (\(1\text{ Gy} = 1\text{ J}/\text{kg}\)).
- Еквивалентна доза: узима у обзир штетност врсте зрачења, мери се у сивертима (\(\text{Sv}\)).
Детекција: Врши се помоћу Гајгер-Милеровог бројача и дозиметара.
Три принципа заштите: 1. Скратити време излагања; 2. Повећати удаљеност од извора; 3. Користити одговарајући заклон.
Јонизујуће зрачење је радиоактивно зрачење које при проласку кроз материју јонизује њене атоме и молекуле, мењајући њихову структуру и хемијска својства.
У живим организмима јонизација изазива биолошка оштећења на ћелијском нивоу (оштећење ДНК, промене у функцији ћелија или њихово изумирање). Ефекти могу настати тренутно или након више година и деценија.
Извори зрачења могу бити:
- Природни извори: радиоактивни елементи у Земљиној кори (нпр. радијум, уран) и космички зраци из свемира.
- Вештачки извори: извори које је створио човек, а користе се у медицини (рентген, радиотерапија), индустрији, енергетици (нуклеарне електране) и војне сврхе.
Апсорбована доза зрачења представља количину енергије зрачења коју прими тело по јединици своје масе.
\[ D = \frac{E}{m} \]
\( D \) – апсорбована доза, \( E \) – апсорбована енергија зрачења (\(\text{J}\)), \( m \) – маса тела (\(\text{kg}\))
Јединица за апсорбовану дозу је греј (\(\text{Gy}\)):
\[ 1\text{ Gy} = 1\frac{\text{J}}{\text{kg}} \]
Еквивалентна доза зрачења узима у обзир и биолошки ефекат (штетност) различитих врста зрачења, јер једнаке апсорбоване дозе различитих зрачења немају исти утицај на жива ткива.
Јединица за еквивалентну дозу је сиверт (\(\text{Sv}\)).
Ако ткиво масе \(0{,}5\text{ kg}\) апсорбује \(2\text{ J}\) енергије зрачења, колика је апсорбована доза?
Применом формуле \( D = \frac{E}{m} \):
\[ D = \frac{2\text{ J}}{0{,}5\text{ kg}} = 4\text{ Gy} \]
Одговор: Апсорбована доза износи \(4\text{ Gy}\).
Различите врсте радиоактивног зрачења имају различиту продорну моћ и другачије интерагују са материјалом:
| Врста зрачења | Природа честица | Продорност кроз материју | Заштитни заклон |
|---|---|---|---|
| Алфа (\(\alpha\)) зрачење | Језгра атома хелијума (\(^{4}_{2}\text{He}\)), имају велику масу и наелектрисање. | Веома мала продорност (неколико \(\text{cm}\) у ваздуху), јер брзо губе енергију јаком јонизацијом средине. | Лист папира или спољашњи слој људске коже. Опасне су ако се унесу у организам (дисањем, храном). |
| Бета (\(\beta\)) зрачење | Брзи електрони или позитрони, мање масе и веће брзине од \(\alpha\) честица. | Средња продорност (до неколико метара у ваздуху), могу изазвати опекотине на кожи. | Алуминијумска фолија дебљине \(1\text{ mm}\), стакло или дрвена плоча. |
| Гама (\(\gamma\)) зрачење | Електромагнетни таласи веома велике енергије и фреквенције (фотони). | Изузетно велика продорност, лако пролазе кроз људско тело и мекше материјале. | Слој олова дебљине неколико центиметара или дебели бетонски зид (око \(1\text{ m}\)). |
Пошто људи немају чула којима могу директно осетити јонизујуће зрачење, за његово откривање и мерење неопходно је користити посебне уређаје – детекторе.
Гајгер-Милеров (ГМ) бројач:
- Састоји се од металног цилиндра испуњеног гасом под ниским притиском и жичане аноде у оси цилиндра.
- Када зрачење уђе у цев, јонизује атоме гаса; створени јони и електрони се убрзавају електричним пољем и изазивају струјни импулс (варницу).
- Сваки импулс се региструје као звучни сигнал (пуцкетање) и броји на дисплеју уређаја.
Дозиметри: Компактни преносни уређаји које носе људи изложени зрачењу ради сталног праћења укупне примљене дозе.
У циљу смањења штетног утицаја зрачења на минимум, примењују се три основна принципа заштите:
- Време излагања: Што је време боравка у близини извора зрачења краће, то је примљена доза мања.
- Удаљеност од извора: Што је веће растојање од извора, интензитет зрачења брзо опада (доза је мања).
- Употреба заклона: Постављање одговарајућег заштитног материјала између извора и тела (за гама зрачење користе се материјали велике густине, нпр. олово или бетон).
Свака држава законским прописима одређује максимално дозвољене дозе зрачења за становништво и професионално изложена лица, које се не смеју прекорачити.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Која је мерна јединица за апсорбовану дозу зрачења и како се изражава преко основних јединица SI система?
Јединица за апсорбовану дозу је греј (\(\text{Gy}\)).
Из дефиниције (\(D = \frac{E}{m}\)) следи: \[ 1\text{ Gy} = 1\,\frac{\text{J}}{\text{kg}} = 1\,\frac{\text{m}^2}{\text{s}^2} \]
Из дефиниције (\(D = \frac{E}{m}\)) следи: \[ 1\text{ Gy} = 1\,\frac{\text{J}}{\text{kg}} = 1\,\frac{\text{m}^2}{\text{s}^2} \]
Задатак 2 (средњи): Зашто се при заштити од различитих врста зрачења (\(\alpha\), \(\beta\), \(\gamma\)) користе потпуно различити материјали? Наведите који заклон је потребан за сваку од њих.
Различити материјали се користе због различите продорне моћи и природе честица:
- \(\alpha\) зрачење: Мала продорност; довољан је лист папира или горњи слој коже.
- \(\beta\) зрачење: Средња продорност; потребан је алуминијумски лим (\(1\text{ mm}\)), дрво или стакло.
- \(\gamma\) зрачење: Велика продорност; захтева материјале велике густине попут олова (неколико \(\text{cm}\)) или дебели бетонски зид.
Задатак 3 (средњи): Човек масе \(80\text{ kg}\) примио је током акцидента енергију зрачења од \(240\text{ J}\). Колику апсорбовану дозу је примио?
Познато је: \( m = 80\text{ kg} \), \( E = 240\text{ J} \).
Формула за апсорбовану дозу: \[ D = \frac{E}{m} = \frac{240\text{ J}}{80\text{ kg}} = 3\text{ Gy} \] Одговор: Примљена апсорбована доза износи \(3\text{ Gy}\).
Формула за апсорбовану дозу: \[ D = \frac{E}{m} = \frac{240\text{ J}}{80\text{ kg}} = 3\text{ Gy} \] Одговор: Примљена апсорбована доза износи \(3\text{ Gy}\).
Задатак 4 (тежи): Иако алфа честице не могу да продру кроз обичан лист папира, сматрају се изузетно опасним ако доспеју у унутрашњост људског организма (на пример удисањем радиоактивне прашине). Објасните зашто.
Алфа честице имају релативно велику масу и двоструко позитивно наелектрисање, због чега врше изузетно густу и снажну јонизацију материје на врло кратком путу.
Када се нађу у спољашњој средини, њихов домет је мали и зауставља их мртви слој коже. Међутим, ако доспеју унутар тела, оне директно погађају осетљиве живе ћелије и унутрашње органе без заштитне баријере, изазивајући тешка ћелијска и генетска оштећења.
Када се нађу у спољашњој средини, њихов домет је мали и зауставља их мртви слој коже. Међутим, ако доспеју унутар тела, оне директно погађају осетљиве живе ћелије и унутрашње органе без заштитне баријере, изазивајући тешка ћелијска и генетска оштећења.
