Particule elementare

Atomistii greci credeau ca intreaga materie este alcatuita din atomi si probabil ei au sesizat primii ca extrema diversitate a aspectelor materiei poate fi explicata prin diferitele configuratii ale atomilor. Astazi fizicienii au o parere asemanatoare, dar cu siguranta ca este o enorma diferenta intre teoriile lor cantitative si speculatiile confuze ale anticilor.

Ce se intelege printr-o particula elementara?

Definitia precisa a acestui termen este oarecum controversata insa se refera la ceva simplu, indivizibil, fara structura interna. Atomii s-au dovedit a fi divizibili. Sunt formati din electroni si nucleoni (protoni si neutroni). Deci atomii nu sunt particule elementare. Acest statut i se atribuie electronului protonului si neutronului chiar daca cei doi de pe urma sunt formati din quarci.

In present, electronilor si altor leptoni nu li s-a descoperit o anumita structura interna.Prima particula elementara descoperita a fost electronul (J. J. Thomson 1897), apoi protonul si neutronul.

S-a crezut ca aceste particule impreuna cu fotonul sunt suficiente pentru a intelege lumea. Dar curand Anderson descopera pozitronul lui Dirac. Astfel se va stabili ca fiecarei particule ii corespunde o antiparticula de care se deosebeste prin semnul sarcinii (particula cu sarcina nula coincide cu antiparticula sa, exemplu – fotonul).

Iar odata cu dezvoltarea fizicii nucleare se vor descoperi peste 300 particule. Se considera ca majoritatea acestor particule sunt compuse din quarci (in numar de 6 sau 12 cu antiquarcii). Si mai mult – fortele care mentin protonii si neutronii in nucleu, nu sunt de natura electromagnetica (EM).

Quarci si leptoni

I Generatie II Generatie III GeneratieSimbol u d ve e c s vμ μ t b v t t

Sarcina electrica (e)

+2/3 -1/3 0 -1 +2/3 -1/3 0 -1 +2/3 -1/3 0 -1

Massa(M eV ) 4 7 3*10−5 0.5 1200 150 <0.5 105 4*104 5*103 <150 1784

Interactiunile caracteristice nucleonilor au primit denumirea de interactiuni tari. Descoperirea instabilitatii neutronului a indicat existenta unui alt tip de interactiuni: interactiuni slabe. Interactiunile EM, slabe, tari si gravitationale sunt cele care stabilesc legile fizicii, par a fi manifestari de aceeasi natura si ar trebui descrise in mod similar. Exista deja modele teoretice care descriu in mod unitar toate tipurile de interactiuni.

Clasificarea particulelor elementare

Particulele elementare se clasifica dupa valoarea numarului cuantic de spin si dupa valoarea masei de repaus. Particulele cu numar cuantic de spin semi-intreg pot fi descrise de statistica Fermi-Dirac si sunt denumite fermioni, iar cele cu numar cuantic de spin intreg sau zero sunt descrise de statistica Bose-Einstein si sunt numite bosoni.

Dupa valoarea masei de repaus se clasifica in particule fara masa de repaus, particule usoare (leptoni), particule grele (barioni) si particule cu masa intermediara (mezoni).

1

Exista si o clasificare din punct de vedere al interactiunilor: particulele carora le sunt caracteristice interactiunile tari sunt numite adroni (aici intra barionii – protoni,neutroni,hiperoni- si mezonii). Leptonii sunt cei care nu participa la interactiunile tari. Fiecarui lepton cu sarcina ii corespunde o particula neutra – neutrin.

Proprietatile generale ale quarcilorSimbol Tipul Quarcului (aroma) Sarcina electrica Sarcina barionica

d Down -1/3 +1/3u Up +2/3 +1/3s strange (S=-1) -1/3 +1/3c chami (C=-1) +2/3 +1/3b beaury (B=-1) -1/3 +1/3t top sau truth +2/3 +1/3

Ipoteza existentei acestei particule cu masa aproape nula a fost propusa de Pauli pentru a salva legea conservarii energiei in dezintegrarea beta radioactiva. Neutrinul si antineutrinul sunt caracterizate prin sarcina nula, iar masa lor de repaus se apropie de zero. Pot fi generati atat prin reactii de genul dezintegrarii beta radioactive, cand sunt numiti neutrini (antineutrini) electronici dar si prin reactii de dezintegrare a mezonilor, cand sunt numiti neutrini (antineutrini) miuonici.

Leptonilor le sunt anexate asa-numita sarcina leptonica L. Aceasta marime ia valoarea +1 pentru e -, μ -, τ -, ν e, ν μ, ν τ, si -1 pentru antiparticulele lor. Introducerea acestei marimi se datoreaza faptului ca intr-un sistem inchis numarul intreg de leptoni minus numarul intreg de antileptoni este constant. Fiecare pereche de leptoni (e-,ν e), (μ -,ν μ), (τ -,ν τ) poseda o sarcina leptonica specifica Le, Lμ, Lτ. In felul acesta se observa ca un neutrin electronic ciocnind un neutron da nastere numai electronului, nu miuonului sau tau-leptonului. In prezent se discuta posibilitatea neutrinilor de a-si schimba in timp sarcina leptonica, transformandu-se astfel in neutrin de alt tip. Barionilor, asemenea leptonilor le este anexata o anumita sarcina barionica.

Modelul quarc-tic al adronilor

Toti adronii, conform conceptelor contemporane sunt formati din particule mai “fundamentale” numite quarci (q). Quarcii sunt fermioni, au spinul 1/2, sarcina electrica + 2/3 si -1/3 (un. sarcina electronului). Sarcina antiquarcilor este -2/3 si +1/3 . Toti quarcii au sarcina barionica B = 1/3 si sarcina leptonica L=0.

Asemenea leptonilor quarcii se grupeaza in perechi, ba chiar are loc un fel de simetrie quarc-leptonica. Fiecarei perechi de leptoni ii corespunde o pereche de quarci dupa cum se vede in tabelul proprietatilor. Perechii (e, ν e.) ii corespund quarcii (u,d). Acestia sunt cei mai usori quarci. Din trei quarci de acest fel putem construi un proton p=(uud) sau neutron n=(udd). Din perechile quarc-antiquarc sunt construiti mezonii. Sirul (u,d, ν e., e) formeaza asa-numita prima generatie quarc-leptonica. Sunt cunoscute inca 2 generatii care contin particule mai grele.

Neutrin electronicNeutrin miuoricElectronMiuon

vevμe−¿¿

μ−¿ ¿

1111

00

0.511106

ProtonNeutron

Pn

Dublet 00

938940

Lambda(zero) Λ0 singlet 0 1115Sigma plus Σ+ 0 1189

2

Sigma zeroSigma minus

Σ0Σ-

triplet 00

11921196

Xi minusXi zero

Θ-Θ0

dublet 00

13211316

Omega minus Ω- singlet 0 1675Foton ? 0 0

Datele cosmologice vorbesc despre lipsa altor generatii decat cele prezentate in tabel. Intr-adevar, 3 generatii sunt de-ajuns pentru a explica teoretic diversitatea proprietatilor particulelor si antiparticulelor. Fiecare din quarcii grei(c,s,t,b) poseda un numar cuantic propriu C,S,T sau B.

Particulele care contin quarcul s sunt numite “stranii”. Teoretic, daca inlocuim 2 sau 3 quarci in nucleon, putem explica existenta tuturor tipurilor de barioni “stranii” – cum sunt hiperonii. Prin analogie putem inlocui quarcii -u- sau -d- din componenta pi-mezonului introducand quarcul s si astfel obtinem mezonii K etc.

Fiecare quarc poseda si un numar cuantic numit culoare. Culoarea este o analogie mai complicata a sarcinii electrice. Existenta culorii explica interactiunile tari ale quarcilor dar si interactiunile slabe ale leptonilor (care nu poseda quarci). Interactiunile cromatice se fac prin intermediul cuantelor de interactiuni tari – gluonii. Exista 8 tipuri diferite de gluoni, toti poseda sarcina cromatica si de aceea interactioneaza unul cu altul. Aceasta este cauza unui fenomen nou numit confinement. Ideea este ca nu putem observa quarcul in mod liber deoarece exista numai in perechi quarc-antiquarc, tripleti (qqq) sau alte combinatii mai complicate asa incat sarcina electrica a grupului sa fie un numar intreg.

Toate aceste combinatii poseda sarcina cromatica nula. In incercarea de a obtine un quarc liber (adica a-i comunica o energie destul de mare pentru a-l “smulge” din adron si a-l “duce” la o distanta destul de mare de acesta) energiile utilizate sunt foarte mari iar intensitatea campului cromatic al quarcului este asa de mare incat au loc fluctuatii – din eter se naste o pereche quarc-antiquarc.

Antiquarcul format se misca impreuna cu quarcul care trebuia “smuls” iar fizicienii obtin astfel o particula complexa si nu un quarc liber. Acest proces se numeste confinement. Din aceeasi cauza gluonii nu au fost observati in stare libera.

Partea fizicii care se ocupa cu cercetari asupra interactiunilor quarcilor si gluonilor este numita cromodinamica cuantica. Cromodinamica cuantica este teoria care explica interactiunile tari ale particulelor elementare. La nivelul contemporan al stiintei despre ceea ce inseamna particula elementara cunoastem 6 leptoni (e-, νe, μ-, νμ, τ-, ντ), 6*3=18 quarci dar si cuante ale interactiunilor: fotonul pentru interactiunea EM, 8 gluoni pentru interactiunile tari, W+- si bosonii Z0. pentru interactiunile slabe dar si gravitonul pentru campul gravitational. Leptonii si quarcii au spinul egal cu 1/2, iar cuantele de interactiuni – spinul 1 (mai sunt numiti bosoni-vectori).

Existenta tuturor acestor particule a fost adeverita de experienta. Pe langa acestea, teoria cere existenta unui camp scalar constant in spatiu care interactioneaza diferit cu leptonii si quarcii. Cuantele campului scalar reprezinta noile particule cu spin egal cu zero. Sunt numite bosoni Higgs, dupa savantul care a prezis existenta lor. Numarul mare de particule elementare ii determina pe fizicieni sa caute un model in care toate familiile de quarci, leptoni, cuante de interactiuni dar si bosonii Higgs ar fi compusi din entitati mai fundamentale numite preoni.

Fermioni

Fermionii reprezintă o clasă de particule elementare având spinul semiîntreg (1/2;3/2;5/2; etc), spre deosebire de bosoni, care au spinul întreg. Denumirea de fermion a fost dată după numele fizicianului italian Enrico Fermi. Fermionii se supun principiului de excluziune al lui Pauli: într-o stare cuantică dată nu pot exista doi fermioni. Cea mai cunoscută particulă elementară ce se încadrează în clasa fermionilor este electronul, care are

3

spinul 1/2. Popularea nivelelor energetice cu fermioni într-un sistem cuantic, la o temperatură dată, este descrisă și determinată de statistica Fermi-Dirac.

Substanța, în oricare stare a sa, este constituită din atomi. La rândul lor atomii sunt constituiți din electroni ce orbitează în jurul nucleelor. La nivelul de cunoștințe actual electronii sunt indivizibili (există totuși și unele teorii care susțin că electronii ar avea o structură - ar fi la rândul lor constituiți din alte particule, dar aceste teorii nu sunt demonstrate experimental). Nucleele atomilor sunt constituite din protoni și neutroni, aceștia la rândul lor fiind constituiți din quarkuri. Toate aceste particule elementare interacționează între ele, interacțiunile acestora fiind numite și forțe fundamentale.

InteracțiuniLa momentul actual se cunosc patru forțe sau interacțiuni fundamentale:

Interacțiunea gravitațională - guvernează mișcarea planetelor, a sistemelor solare, a întregii materii.

Gravitația este fenomenul fizic natural prin care corpurile fizice se atrag reciproc, cu o forță a cărei intensitate depinde de masele acestora și distanța dintre ele. Este una din cele patru interacțiuni fundamentale din natură cunoscute, alături de interacțiunea electromagnetică, interacțiunea nucleară tare și interacțiunea nucleară slabă

În fizica modernă gravitația este descrisă de teoria relativității generalizate, dar în cele mai multe situații practice (la scara macroscopică) se poate aplica cu mare exactitate și legea atracției universale a lui Sir Isaac Newton, din mecanica clasică. Aceasta spune că oricare două corpuri acționează unul asupra celuilalt cu o forță de atracție, numită forța gravitațională, direct proporțională cu masele celor două corpuri și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Natura și motivul existenței forței gravitaționale nu sunt încă deplin elucidate.În viața de zi cu zi fenomenul este observat pretutindeni ca forța de atracție exercitată de Pământ asupra

tuturor corpurilor, forță numită greutate. Valoarea greutății unui corp este direct proporțională cu masa lui și este orientată spre centrul Pământului. Coeficientul de proporționalitate se numește accelerație gravitațională și este egal cu accelerația unui corp care cade liber în cîmpul gravitațional al Pământului.

La nivel astronomic gravitația este responsabilă, de exemplu, pentru faptul că Luna se rotește în jurul Pământului și că sistemul Pământ-Lună se rotește în jurul Soarelui. De asemenea gravitația este forța care a dus la apariția tuturor planetelor și sateliților naturali ai acestora, prin atracția reciprocă dintre particulele de materie care se roteau în jurul Soarelui. În cadrul unei galaxii, diferitele stele și sisteme stelare sunt menținute împreună tot prin fenomenul gravitației, iar evoluția întregului univers (de exemplu modul în care acesta se dilată în timp) este la rândul ei dictată de forțele de gravitație dintre toate particulele de materie existente.

Interacțiunea gravitațională est produsă (generată) de întâlnirea (interferența) câmpurilor gravitaționale ale corpurilor (maselor) cosmice. Câmpul gravific este generat de anumite particule din substanța corpului și se manifestă prin câmpul de accelerație normală (perpendiculară) la suprafața corpului. Poate fi măsurat de exemplu direct la suprafața Pământului sau a Lunii.

Interacțiunea Electromagnetică - este forța care guvernează mișcarea electronilor pe orbite, în jurul nucleelor.

Electromagnetismul este acea ramură a fizicii care studiază sarcinile magnetice și electrice, câmpurile create de acestea (electric și magnetic), legile care descriu interacțiunile dintre acestea.

4

Ramurile principale ale electronagnetismului sunt:

1. Electrostatica, care se ocupă cu studiul sarcinilor electrice aflate în repaus și al câmpurilor generate de acestea.

2. Electrodinamica, care se ocupă cu studiul sarcinilor aflate în mișcare, precum și al câmpurilor generate de acestea.

3. Magnetismul, care se ocupă cu studiul câmpului magnetic.

Modelul Standard al particulelor elementare este o teorie a trei dintre cele patru forțe fundamentale (și anume: interacțiunea electromagnetică, interacțiunea nucleră slabă și interacțiunea nucleră tare) precum și a particulelor elementare care iau parte la aceste interacțiuni. Aceste particule organizează toată materia din univers.

Modelul Standard nu este o teorie completă a interacțiunilor fundamentale, deorece ea nu include a patra forță fundamentală, gravitația, și de asemenea pentru că este incompatibilă cu recentele observații ale oscilației neutrinilor.

Interacțiunile dintre toate particulele descrise in Modelul Standard sunt rezumate în tabelul de mai jos (gravitonul încă nu a fost dovedit experimental):

Cele 4 forțe fundamentale; dedesubt paticulele ce le mediazăInteracțiunea Electromagnetică Interacțiunea Nucleră Slabă Interacțiunea Nucleră Tare Gravitați

afoton(un boson etalon (Gauge Boson)) γ

alți bosoni etalon (Gauge Boson)

W+,W-, Z0

gluon (alt boson etalon (Gauge Boson))

ggraviton

(?)

Interacțiunea Nucleară Slabă - este forța care ține legați protonii și neutronii, formând nucleele atomilor.

Interacțiune slabă (adesea numită și interacțiunea nucleară slabă, forța slabă, forța nucleară slabă) este una dintre cele patru interacțiuni fundamentale, vezi articolul despre Fizica particulelor elementare. În Modelul Standard este cauzată de schimbul de bosoni W și Z, care reprezintă cuantele câmpului forței slabe. Efectul cel mai cunoscut este dezintegrarea beta (emisiile de electroni sau pozitroni de către neutroni în cadrul nucleelor atomice), precum și majoritatea proceselor de radioactivitate. Forța este numită „slabă” din cauză că intensitatea câmpului este de 1013 ori mai slabă decât a forței tari. Interacțiunea slabă are o rază de acțiune foarte scurtă, aproximativ egală cu diametrul nucleului atomic. Aceasta are un efect atât asupra quarcilor, cât și asupra neutrino și a leptonilor.

ProprietățiInteracțiune slabă are efect asupra leptonilor și a quarcilor chirali. Este singura forță care afectează

neutrinii (cu excepția gravitației, care este neglijabila in conditii de laborator). Interacțiune slabă este unica într-o serie de aspecte:

Acesta este singura interacțiune care poate schimba aromă (fizica particulelor).Singura interacțiune care încalcă paritatea de simetrie P, (pentru că actioneaza aproape exclusiv asupra

particulelor de o anumita chiralitate). De asemenea, este singura care incalca simetria CP.Aceasta este mediată de bosoni masivi. Această caracteristică neobișnuită este explicată de Modelul

Standard prin mecanismul Higgs.

5

Având în vedere masa mare a cuantelor campului interacțiunii slabe (aproximativ 90 GeV/c2), viața lor medie este de aproximativ 3*10−25 secunde.

Deoarece interacțiunea slabă este în același timp slabă și are și o rază de acțiune foarte scurtă, efectul ei cel mai vizibil se datorează proprietății sale unice: schimbarea aromei. Fie un neutron (un quarc up și doi quarc down). Cu toate că neutronul este mai greu decat protonul (doi quarc up și un quarc down), acesta nu poate fi dezintegrat într-un proton fără să schimbe aroma unuia dintre quarci. Nici interacțiunea tare, nici electromagnetismul nu permit schimbarea aromei, deci acest proces este cauzat de interacțiunea slabă. În acest proces un quarc down se transformă într-un quarc up emițând un boson W, care apoi se dezintegrează într-un electron de energie înaltă și un antineutrino. Deoarece electronii de energie inaltă sunt numiți radiații beta, acest proces se numește dezintegrare beta. Transmutația neutronului în proton este esențială și stă la baza procesului de fuziune nucleară în stele, în care din atomii de hidrogen se creează deuteriu.

Datorita magnitudinii interacțiunii slabe, dezintegrările acesteia sunt mult mai lente decât a forței tari sau electromagnetice. De exemplu, un pion electromagnetic neutru are o viață de aproximativ 10−16 secunde; un pion al forței slabe are un timp de viață de aproximativ 10−8 secunde, de o sută de milioane de ori mai lung. Un neutron liber are o viață de aproximativ 15 minute, ceea ce îl face particula subatomică instabilă cu cea mai lungă viață.

Izospinul slab este pentru interacțiunea slabă ceea ce sarcina de culoare este pentru interacțiunea puternică, și ceea ce masa este pentru gravitație. Izospinul slab este un număr cuantic; particulele care nu sunt implicate în interacțiunile slabe au o valoare a izospinului egală cu 0. Alte particule elementare au valori ale izospinului slab egale cu fie -1/2, fie 1/2. Ca și în cazul sarcinii electrice, aceste două valori sunt egale cu excepția semnului. Izospinul slab se conservă: suma valorilor izospinului slab ale particulelor la sfârșitul unei reacții este egală cu suma valorilor izospinului la începutul reacției.

Modelul Standard descrie interacțiunea electromagnetică și interacțiunea slabă ca două aspecte diferite ale unei interacțiune electroslabă unice, o teorie care a fost dezvoltata în jurul anului 1968 de catre Sheldon Glashow, Abdus Salam și Steven Weinberg.

Conform teoriei electroslabe, la energii foarte mari, universul are patru campuri de bosoni fara masa, similari fotonilor, și un dublet scalar complex al câmpului Higgs. Acesti bosoni sunt asociati unui grup de simetrie SU(2)*U(1). Insa, la energii scazute, unul dintre campurile Higgs primeste un condensat (fizica particulelor) și grupul de simetria este spontan distrus la simetria U(1) a electromagnetismului. Aceasta rupere ar produce trei bosoni Goldstone lipsiti de masa, dar acestia se integreaza in trei campuri fotonice prin intermediul mecanismul Higgs, dobandind masă. Aceste trei câmpuri devin bosonii W +, W- și Z a interacțiunii slabe, în timp ce al patrulea câmp, care rămâne fara masa, reprezinta fotonii electromagnetismului.

Cu toate că această teorie a făcut multe previziuni, inclusiv acea a maselor bosonilor Z și W înainte de descoperirea lor, bosonul Higgs nu a fost încă niciodată observat. Producerea bosonilor Higgs este un obiectiv major al acceleratorului de particole Large Hadron Collider al oganizației CERN din Geneva.

Interacțiunea Nucleară Tare - este forța care ține legate quarkurile în protoni și în neutroni.Toate aceste interacțiuni sunt mijlocite de particule de schimb.

Forța nucleară tare este și cea mai puternică din aceste interacțiuni, fiind de 100 de ori mai puternică decât forța electromagnetică, de 106 ori mai puternică decât forța slabă și de 1039 ori mai mare ca forța gravitațională.

Forța nucleară tare face ca protonii și neutronii să rămână integri și stabili. Are o distanță de acțiune foarte scurtă, de circa 10-16 metri. În acest context, ea este o forță nucleară.

În fizica nucleară forța nucleară tare ține quarcii și gluonii împreună pentru a forma hadroni, adică barionii, care includ protonii și neutronii, precum și mezonii, adica kaonii, mezon rho, pionii, etc.

Se consideră că interacțiunea tare este mediata de gluoni care acționează asupra quarcilor, anti-quarcilor și împotriva gluonilor înșiși. Acest proces este detaliat in teoria cuantică cromodinamica(QCD).

6

Bosonii, particulele ce intermediază interacțiunile

În fizica cuantică acțiunea acestor forțe se transmite la distanță prin intermediul particulelor de schimb: interacțiunea dintre doi fermioni este mijlocită prin (este mediată de, ia naștere prin, se bazează pe, decurge din) un schimb de particule de schimb (bosoni).

Există două analogii în domeniul macrocosmic care ilustrează această mijlocire a interacțiunilor nucleare prin particole de schimb:

Pentru forțele de respingere: Doi copii (fermioni) care stau față în față pe câte o plută pe un lac și îșî aruncă unul altuia câte o minge (boson). După ce o prind, fiecare din ei are iarăși în mână câte o minge, dar plutele s-au pus acum în mișcare și se îndepărtează una de alta - se „resping”.

Pentru forțele de atracție: Doi copii (fermioni) care stau spate în spate pe câte o plută pe un lac și îșî aruncă unul altuia, de fapt în direcția opusă, câte un bumerang (boson). După ce fiecare bumerang se reîntoarce și e prins de celălalt copil, fiecare din ei are iarăși în mână câte un bumerang, dar plutele s-au pus acum în mișcare și se apropie una de alta - se „atrag”.

Interacțiunea nucleară slabăBosonii sunt responsabili de interacțiunea [2] nucleară slabă, numită și interacțiunea slabă, care la rândul

ei este responsabilă pentru radioactivitate și care acționează asupra tuturor particulelor de materie cu spin 1/2 (de exemplu: protonii sau neutronii), dar nu acționează asupra particulelor cu spin 0, 1 sau 2 (cum sunt fotonii sau gravitonii ).

Interacțiunea slabă nu a fost înțeleasă bine până în 1967, când Abdus Salam de la Imperial College, Londra, și Steven Weinberg de la Harvard au propus teorii care unificau această interacțiune cu forța electromagnetică, la fel cum Maxwell a unificat electricitatea cu magnetismul, cu 100 de ani înaintea lor.

Ei sugerau că în afară de foton mai există alte trei particule cu spin 1, numite colectiv bosoni, vectori masivi care purtau interacțiunea nucleară slabă. Aceștia au fost numiți W+ (pronunțat W plus), W- (pronunțat W minus) și Z0 (pronunțat Z zero), iar fiecare are o masă de cca. 100 GeV (GeV înseamnă Gigaelectron-Volt sau un miliard de electron-volți).

În momentul în care Weinberg și Salam și-au propus teoria, puține persoane îi credeau, iar acceleratoarele de particule nu erau destul de puternice pentru a atinge energiile de 100 de GeV necesare pentru producerea particulelor reale W+, W- sau Z0.

Totuși, în următorii aproximativ 10 ani celelalte preziceri ale teoriei la energii joase au concordat destul de bine cu experimentul, astfel că, în 1979, Weinberg și Salam au primit Premiul Nobel pentru Fizică, împreună cu Sheldon Glashow, tot de la Harvard, care sugerase teorii unificate similare ale interacțiunilor nucleare slabe și ale forței electromagnetice.

7

Particule erup din punctul de coliziune a doi ioni de aur relativiști (100 GeV per nucleu) în STAR detectorul de la Relativistic Heavy Ion Collider. Particule încărcate electric se pot observa prin curbele pe care le trasează în câmpul magnetic al detectorului.

Teoria Weinberg-Salam

Teoria Weinberg-Salam prezintă o proprietate numită „distrugerea spontană a simetriei”. Aceasta înseamnă că ceea ce la energii joase par a fi mai multe particule complet diferite, sunt de fapt același tip de particule, dar în stări diferite. La energii înalte toate aceste particule se comportă asemănător. Efectul este asemănător comportării unei bile pe roata unei rulete. La energii înalte (când roata se învârtește repede) bila se comportă într-un singur fel - ea se rotește împreună cu roata. Dar când roata își încetinește mișcarea, energia bilei scade și în cele din urmă bila cade în una din cele 37 despărțituri ale roții. Cu alte cuvinte, la energii joase extistă 37 de stări diferite în care se poate găsi bila. Dacă, pentru un motiv oarecare, s-ar putea observa bila numai la energii joase, observatorul ar putea crede că există 37 de tipuri diferite de bile.

În Teoria Weinberg-Salam, la energii mult mai mari de 100 GeV cele trei particule noi și fotonul s-ar comporta în mod asemănător. Dar la energii mai joase ale particulelor, care apar în majoritatea situațiilor normale, această simetrie între particule ar fi distrusă. W+, W- și Z0 ar căpăta mase mari, făcând ca forțele pe care le poartă să aibă un domeniu foarte scurt.

8

Reactii nucleare

Reacția nucleară este un proces fizic care constă din ciocnirea nucleilor atomici între ei, sau cu o particulă elementară rezultând astfel o reacție de fuziune sau fisiune nucleară prin formarea unor atomi noi cu proprietăți diferite de atomii inițiali.

Prin această reacție de dezintegrare și transformare atomică, vor fi eliberate particule elementare,energie luminoasă, calorică și sub formă de radiații.

In imagine se poate vedea reacția de dezintegrare declanșată prin ciocnirea unui nucleu de deuteriu și litiu reacție care se poate scrie sub forma:

Reacţii nucleare – sunt transformările suferite de nucleele atomilor bombardați cu particule a, b și neutroni.

a) Reacţii endoenergetice: dacă avem energia de reacție Q < 0; acestea se petrec cu absorbția unei părți din energia cinetică a particulelor incidente.

b) Reacţii exoenergetice: dacă avem energia de reacție Q > 0, în acest caz se eliberează energie nucleară sub formă de energie cinetică; se mai numesc și reacții exoterme, deoarece se eliberează și energie termică.Exemplu: bombardarea nucleului de azot cu o particulă a: (reacția numită transmutație nucleară)

147N + 42a ® 178O + 11H unde 11H º 11p, deci rezultă un izotop oxigen și un proton, iar:73Li + 11p ® 2 42a + Q unde Q » 836.109J; 94Be + 42a ® 126C + 10n, 10n este un neutron care se transmută

Fisiunea nucleară

În 1939 s-a ajuns la concluzia , că la bombardarea cu neutroni lenți, nucleul de uraniu se rupe în două fragmente, aproximativ egale, eliberându-se în acest proces căldură și neutroni.

Definiție:Fisiunea – este scindarea unui nucleu greu în două nuclee medii.Explicația se poate face cu ajutorul modelului picătură al nucleului – un neutron lent (termic) captat de un

nucleu greu, îi transmite acestuia energia lui de legătură și energia lui cinetică (vezi figura) și ca urmare crește agitația termică a nucleonilor, nucleul începe să vibreze, se alungește învingând forțele de tensiune superficială, până când forțele de respingere electrostatică dintre nucleoni , îl rup în două părți.

Energia din starea de excitare a nucleului care este supus fisiunii se numește energie critică; de exemplu 23592U are Wc = 6,5MeV; 23892U are Wc = 7MeV. Sunt mai ușor fisionabile nuclee cu număr de masă impar: (23592U, 239Pu) cu neutroni lenți și 23892U cu neutroni rapizi.

Cantitatea de energie eliberată este însemnată și se poate calcula prin diferența de masă, fiind de aproximativ 200MeV; deci 1kg 23592U produce prin fisiune 8.1013J, energie care este echivalentă cu arderea a 2500tone de huilă. Neutronii rezultați în urma proceselor de fisiune nucleară, dispun de o energie cinetică mare, ei putând îndeplini rolul de particule proiectil, dacă întâlnesc în drumul lor alte nuclee fisionabile.

Reacția în lanț

9

În fisiunea nucleelor de uraniu s-a găsit o reacție, declanșată de un neutron, care la rândul ei eliberează 1÷3 neutroni; prin aceasta procesul furnizează proiectile noi și există posibilitatea ca procesul de fisiune să fie

menținut, fără alimentare cu neutroni din exterior, sub forma unei reacții continue până la epuizarea completă a materialului fisionabil, deci avem o reacţie în lanţ ;lucru care se poate întâmpla la nuclee de 23592U, 23392U, 23992U unde neutronii expulzați provoacă la rândul lor fisiunea altor nuclee. Uraniul natural este format dintr-un amestec de trei izotopi 23592U(0,714%), 23892U (99,28%) și 23492U(0,00548%, dar la reacția în lanț participă exclusiv 23592U dar nu toți neutronii rezultați în urma fisiunii pot produce alte fisiuni, o parte dintre ei fiind captați de nuclee ale impurităților, alții de nuclee de 23892U, iar altă parte ies din volumul de Uraniu.

Pentru a întreține reacția în lanț, în medie cel puți unul din neutronii rezultați dintr-un nucleu, trebuie să producă o nouă fisiune. La o compoziție a materialului fisionabil această condiție este cel puțin egală cu o valoare, numită masă critică.

Când mai mult de unul din neutronii expulzați din nucleu produc noi fisiuni, numărul fisiunilor în unitatea de timp crește în progresie geometrică și are loc explozia nucleară

Fuziunea nucleară

Fuziunea nucleara este reacția nucleară de sinteză a unui nucleu greu, mai stabil, din nuclee mai ușoare. Dacă energia de legătură a unui nucleon a nucleelor inițiale este mai mică decât a nucleului final,

diferența va fi eliberată în cadrul reacției; acest lucru este valabil pentru nucleele ușoare: 11H, 21D, 31T, 32He, 73Li, deoarece din variația energiei de legătură pe nucleon, în funcție de numărul de masă A, se constată a fi, ca până la aproximativ A =6; - crescător continuu și care variază mult mai rapid în zona elementelor ușoare, decât în zona elementelor grele și deci energia degajată în procesul de fisiune va fi mult mai mare decât la reacțiile de fisiune (ex: 0,85 MeV/nucleon la fisiune și 4,95 MeV/nucleon la fuziune) Pentru a avea loc reacția de fisiune, nucleele ușoare trebuie să se apropie la o distanță mai mică de 10-15m, distanță la care apar puternic forțele de respingere coulombiană deci nucleele care se unesc trebuie să aibă o energie cinetică inițială mare, care se poate

10

obține prin creșterea temperaturii la valori mari T » 5.109K, de aceea aceste reacții se mai numesc și reacții termonucleare.

Reactoare nucleare

Reactorul nuclear este un sistem în care se autoîntreține reacția în lanț, iar energia eliberată la fisiunea nucleelor poate fi folosită în mod controlat.

Primul reactor nuclear a fost construit de Enrico Fermi în anul 1942, în orașul Chicago, iar următorul la Kurceatov în 1946 în fosta URSS.

În clasificarea reactoarelor nucleare avem mai multe criterii: a) după energia neutronilor, care produc reacța de fisiune avem:

reactoare cu neutroni lenți și reactoare cu neutroni rapizi; b) după structura zonei active, avem: reactoare omogene (combustibilul

nuclear este amestecat cu moderatorul, care este apa, apa grea, grafitul); heterogene (combustibilul nuclear este separat de moderator; sub formă de bare, distribuit uniform în masa moderatorului).

c) după concentrația nucleelor 23592U, avem reactoare: cu uraniu slab îmbogățit, mediu îmbogățit și puternic îmbogățit.

d) după moderatorul folosit, avem reactoare cu apă obișnuită, apă grea, beriliu, grafit, compuși organici.

e) după puterea reactoarelor, aceștia pot fi: de putere zero (până la 1kw); de putere medie (1÷50 kw); de putere mare (> 100 kw).

Centrale Nucleare

Centralele nucleare sunt centralele în care se produce energie electrică pe baza energiei nucleare, obținute din reacții nucleare.

Părţile constructive ale unui reactor: Combustibilul nuclear – substanța fisionabilă formată din bare de uraniu îmbogățit 23592U sau izotopi

artificiali ca 23994Pu, 23392U obținuți în reactoare, ca produse secundare prin captarea de neutroni10n de către 23892U și 23291Th; uraniul îmbogățit fisionează mai ușor dar este mai scump decât uraniul natural.Moderatorul – este substanța în care neutronii 10n sunt încetiniți, prin ciocnirile succesive dintre ei și

nucleele moderatorului; neutronii încetiniți, produc mai ușor fisiunea nucleelor 23592U și sunt captați mai greu de 23892U. Au rol de control al reacției de fisiune.

Cei mai folosiți moderatori sunt: apa, apa grea, grafitul, beriliu (apa grea este cel mai bun moderator, ea absoarbe foarte puţin neutronii, dar produce o încetinire mare a acestora).

Agentul / fluidul de răcire – care circulă prin reactor și transportă în exterior energia termică degajată în urma reacției de fisiune. Ca fluid de răcire se folosesc: apa, apa grea, metalele lichide, CO2, etc.Barele de control şi barele de securitate – sunt substanțe care absorb neutronii și sunt sub formă de bare

de bor sau cadmiu. Cuva reactorului – confecționată din oțel sau fontă pentru a absorbi radiațiile emise, iar partea exterioară

a reactorului este un zid gros de beton, asigurându-se o bună protecție contra radiațiilor apărute.

11

Reactor Nuclear

Reactorul nuclear este o instalație în care este inițiată o reacție nucleară în lanț, controlată și susținută la o rată staționară (în opoziție cu o bombă nucleară, în care reacția în lanț apare într-o fracțiune de secundă și este complet necontrolată).

Reactoarele nucleare sunt folosite pentru numeroase scopuri. Cea mai semnificativă utilizarea curentă este pentru generarea de putere electrică. Reactoarele de cercetare sunt folosite pentru producerea de izotopi și pentru experimente cu neutroni liberi. Din punct de vedere istoric, prima folosire a reactoarelor nucleare a fost producerea plutoniului pentru bomba atomică. O altă utilizare militară este propulsia submarinelor și a vapoarelor (deși aceasta presupune un reactor mult mai mic decât cel folosit într-o centrală nuclearo-electrică).

În mod curent, toate reactoarele nucleare comerciale sunt bazate pe fisiunea nucleară și sunt considerate problematice datorită nesiguranței lor și riscurilor asupra sănătății. Din contra, alții consideră centrala nucleară ca fiind o metodă sigură și nepoluantă de generare a electricității.

Instalația de fuziune este o tehnologie bazată pe fuziunea nucleară în locul fisiunii nucleare.Există și alte instalații în care au loc reacții nucleare într-o

manieră controlată, incluzând generatoarele termoelectrice radioizotope și bateriile atomice, care generează căldură și putere exploatând dezintegrările radioactive pasive, cum ar fi, de exemplu, instalațiile Farnswoth-Hirsch de producere a radiațiilor neutronice.

Centralele nucleare si efectele sale

De câtva timp , radiațiile ionizate au constituit doar o curiozitate de laborator, cunoscută numai câtorva inițiați .

Descoperirea radioactivității artificiale și apoi aceea a fisiunii uraniuli, în deceniul al patrulea al acestui secol , au dat un puternic imbold cercetărilor de fizică nucleară .

Pentru marele public, energia nucleară a ieșit însă din anonimat abia după aruncarea celor două bombe atomice în 1945 asupra Japoniei. Constuirea reactorilor nucleari și posibilitatea de a utiliza aceste instalații pentru

12

a produce energie electrică în cantitate mare, au transferat apoi problema cercetării radiațiilor, și odată cu aceasta și problema protecție contra radiațiilor, în plin domeniu industria și economic. Creșterea necontenită a numărului de reactori nucleari și a puterii acestora necesită aplicarea unor măsuri de securitate pentru a evita eventualele accidente și consecințele lor ca de exemplu cel de la Windscale, Anglia în octombrie 1957 când au fost eliminate în mod accidental în atmosferă importante substanțe radioactive care au produs contaminarea solului, a producției agricole și a apei potabile din întreaga regiune.

Prin poluare, sau contaminare, radioactiva, se înțelege prezența nedorită sau accidentală, a materialelor radioactive, în interiorul sau la suprafața unor factori de mediu (cum sunt apa, aerul, alimentele) sau în organisme vii situație în care se depășește conținutul radioactiv natural propriu al produsului respectiv.

Una din principalele surse de poluare radioactivă a globului pământesc își avea proveniența în exploziile nucleare din atmosferă.

Dacă la 16 iulie 1945 în deșertul Alamogordo, statul New Mexico a avut loc prima explozie experimentală a unei bombe atomice lucrurile nu s-au oprit aici și la 6 august 1945 ora 8:15 la Hiroshima în Japonia explodează prima bombă aruncată asupra populației, ca măsură militară de distrugere, pentru ca în 9 august 1945 să explodeze cea de-a doua bombă atomică la Nagasaki. În urma acestor două explozii bilanțul a fost:

Orase: Hiroshima NagasakiMorti 78.150 23.753Disparuti 13.983 2.924Raniti 37.425 23.345Atinsi de arsuri 235.650 89.025

13

HIROSHIMA

NAGASAKI

NAGASAKI

În 1956 existau în evidența spitalelor 6000 de bolnavi la Hiroshima și 3000 de bolnavi la Nagasaki cu sechele după iradiere, care necesitau diferite tratamente, la momentul actual în lume existând aproximativ 300000 de persoane ca victime ale exploziilor nucleare.

La 22 ianuarie 1954 marinarii vasului “Fukuriumarii no.5” au sesizat un fenomen neobișnuit, globul de foc al exploziei termonucleare de pe atolul Bikini. Drept urmare toți membrii echipajului și peștele prins au fost afectați de cenușa radioactivă atât la suprafață cât și în interiorul organismului.

Altă urmare a acestei explozii a fost căderea ploilor radiactive în luna mai a aceluiași an, radioactivitatea menținându-se la un nivel măsurabil până în septembrie1954.

Imediat după 1954 L. Pauling a demonstrat că izotopul C14 apare în mod artificial cu o frecvență crescândă, depunându-se pe sol. Tot el a atras atenția asupra prezenței izotopului Sr90 în depunerile atmosferice de pe teritoriul S.U.A.

Poluarea radioactivă a atras atenția pentru prima oară în mod deosebit în anul 1965 la Salt Lake City în Statele Unite ale Americii, când nouă adolescenți au fost internați în spital datorită unor noduli anormali ai glandei tiroide. Anchetarea cazurilor a condus la constatarea că acești copii, cu 15 ani în urmă (1950), au suferit consecințele unor depuneri atmosferice radioactive provenite de la poligonul din Nevada, aceste depuneri conținând izotopul I-131.

Studii recente au arătat că datorită tuturor cauzelor de poluare radioactivă, doza de radiații pe cap de locuitor a crescut în ultimii 20 de ani de 5 până la 10 ori.

Iradierea îndelungată, chiar cu doze mici, poate produce leucopenii, la malformații congenitale, pe când iradierea cu doze mari duce la accentuarea leucopeniei, la eriteme, la hemoragii interne, căderea părului, sterilitatea completă iar în cazurile extreme produce moartea.

Printre principalele surse de poluare radioactivă se numără:a) Utilizarea practică în industrie, medicină, cercetare a diferitelor surse de radiații nucleare, care, ca

materiale radioactive, se pot răspândi necontrolate în mediub) Exploatări miniere radioactive, la extragere, prelucrare primară, transport și depozitare, pot contamina

aerul, prin gaze și aerosoli, precum și apa prin procesul de spălarec) Metalurgia uraniului sau a altor metale radioactive și fabricarea combustibilului nuclear, care prin

prelucrări mecanice, fizice, chimice, poate cuprinde în cadrul procesului tehnologic și produși reziduali gazoși, lichizi sau soliziŞ stocarea, transportul eventual evacuarea lor pot determina contaminarea mediului

d) Instalațiile de rafinare și de retratare a combustibilului nucleare) Reactorii nucleari experimentali sau de cercetare, în care se pot produce industrial noi materiale

radioactive f) Centralele nuclearoelectrice care poluează mai puțin în cursul exploatării lor corecte, dar mult mai

accentuat în cazul unui accident nuclearg) Exploziile nucleare experimentale, efectuate îndeosebi în aer sau în apă și subteran, pot contamina

vecinătatea poligonului cât și întregul glob, prin depunerea prafului și aerosolilor radioactivi, generați de către ciuperca exploziei

h) Accidentele în transportul aerian, maritim, feroviar sau rutier a celor mai felurite materiale radioactive.Principalele elemente ce contribuie la poluarea radioactivă sunt clasificate și după gradul de radioactivitate

după cum urmează:a) Grupa de radiotoxicitate foarte mare: 90Sr, 226Ra, 210Po, 239Pub) Grupa de radiotoxicitate mare: 45Ca, 89Sr, 140Ba, 131I, U naturalc) Grupa de radiotoxicitate medie: 24Na, 32P, 60Co, 82Br, 204 Tl, 22Na, 42K, 55Fed) Grupa de radiotoxicitate mică: 3H, 14C, 51Cr, 201Tl

14

Centrala Nucleara Electrica de la Cernavoda – avand o putere de 700Mw,

fiind prevazuta cu cinci reactoare de tip CANDU (Canadian Deuterium Uranium), cu moderator apa grea (produsa la ROMAG – Drobeta Turnu Severin) si combustibil uraniu natural. Primul reactor a fost dat in folosinta in anul 1996, furnizand 10%din energia electrica a Romaniei, iar al doilea reactor este in constructie.

In conditiile normale de functionare, prin folosirea unei proiectari si tehnologii moderne, cat si datorita existentei a cinci bariere de protectie, reactoarele CANDU sunt considerate printre cele mai sigure si mai putin poluante din lume, avand un impact minim asupra mediului inconjurator. Deseurile radioactive vor fi tinute timp de 10 ani in bazine special amenajate in incinta centralei in vederea scaderii radioactivitatii si a temperaturii, dupa care vor fi stocate timp de 50 ani intr-un depozit intermediar si apoi transferate intr-un depozit definitiv. Pentru alegerea locului de depozitare definitiva se efectueaza inca studii geologice privind structura solului si seismicitatea

Deseurile radioactive sunt rezultatul activitatilor zilnice de intretinere, reparatii, al opririlor programate sau neprogramate ale centralei si sunt gestionate complet separat de deseurile conventionale.

Deseurile radioactive generate in urma acestor activitati sunt: 1. solide (plastic, celuloza, sticla, lemn, filtre de purificare, filtre de la sistemele de ventilatie etc.); 2. lichide organice (ulei, solvent, lichid scintilator); 3. amestecuri solide-lichide inflamabile.

Colectarea si sortarea lor este efectuata de personal calificat, dupa reguli si criterii specificate prin proceduri. Activitatea de sortare se aplica tuturor tipurilor de deseuri radioactive.

Pentru fiecare tip de deseuri radioactive (solide, lichide organice si amestecuri solide-lichide inflamabile se urmaresc diferite criterii:

1. sursa de provenienta (cladirea serviciilor, cladirea reactorului) 2. felul materialului (plastic, celuloza, metal, lemn, ulei, solventi etc.) 3. continutul de radionuclizi (viata scurta, medie sau lunga) 4. debitul de doza la contact (slab active, mediu active).

Dupa sortare, deseurile radioactive sunt stocate in containere speciale de inox. Deseurile radioactive lichide organice sunt pastrate in cladirea serviciilor, urmand sa fie solidificate pentru

eliminarea potentialelor pericole de inflamabilitate. Unele deseuri solide sunt compactate cu o presa hidraulica pentru reducerea volumului.

15

Clasificarea efectelor biologice

Efectele somatice bine conturate

Precoce Eritem, leucopenie, epilație

Întârziată Cancer de piele, osteosarcom

Efectele somatice stochastice

Precoce Tulburări neuro-vegetative

Întârziată Leucemie, cancer tiroidian

Efecte genetice

Prima generație Malformații ereditare și congenitale; reducerea natalității

Generațiile următoare

Malformații recesive, diminuarea capacității imunobiologice

Stocarea deseurilor radioactive solide sau solidificate este asigurata pentru toata perioada de exploatare a centralei in conditii de securitate si pastrare optime. Depozitarea finala a acestor deseuri se va realiza numai dupa conditionarea in matrice solide, sigure, care sa garanteze ca cel putin 300 de ani nu vor avea impact negativ asupra mediului inconjurator.

Distrugerile prin iradiere produse în țesuturile vii depind de energia ce a fost absorbităde către țesut de la radiația incidentă.

Doza de radiaţie D, numită și doza energetică integrală de radiaţie, măsoară energia disipată de radiație pe unitatea de masă de țesut biologic sau de substanța și absorbită completde acel țesut sau acea substanță. Deci, prin definiție,

D=∆W∆m

Unitatea de măsură pentru doză este Gray-ul. Prin definiție, 1 Gray (1 Gy) reprezintă doza de radiație absorbită de substanță în condițiile unei energii primite și disipate integral în unitatea de masă având valoarea de 1 J/Kg. O unitate tolerată este rad-ul (1 rad =10-2J/Kg).

Mărimea care măsoară efectele biologice ale radiațiilor nucleare este echivalentul de doză (doză biologică) a cărui unitate de măsură în S.I. este sivert-ul. Prin definiție, la o dozăde Gy corespunde o doză biologică de un Sievert dacă radiațiile ionizate sunt X sau γ . O unitate de măsură toleretă pentru doza biologică este rem-ul. 1 rem reprezintă doza biologică corespunzătoare unei doze energetice de un rad pentru radiațiile X sau γ .

În cazul radiațiilor y, intensitatea I, adică energia ce traversează în unitatea de timp unitatea de arie perpendiculară pe direcția de propagare, scade exponențial cu grosimea x asubstanței absorbante străbătute după legea:

I=I 0 e−μx

unde I 0 este intensitatea inițială, iar μ-coeficientul de atenuare al radiațiilor y respective.Rezultă:

dI=−μ ∙ I ∙ dx= dWt ∙ Az

ΔW = −μ⋅t ⋅l ⋅ A Δ⋅ x = −μ⋅t ⋅i Δ⋅ VΔV fiind volumul în care se produce absorbția, iar semnul "-" indicând scăderea energiei

câmpului de radiații în urma absorb câmpului de radiații în urma absorbției de către substanță.Dacă substanța are densitatea ρ , doza de radiații este:

D= ∆Wρ∆V

= μρ∙¿

Dezvoltăm raționamentul impunând unele condiții simplificatoare, adecvate însă experimentului real pe care îl efectuăm și anume:

- se consideră o sursă de radiații γ , pentru care absorbția în mediu în care lucrăm,aerul, poate fi în prima aproximație negijată;

- sursa se presupune a fi punctiformă și emite fotoni cu energie Eγ .- nu se ia în calcul fondul de radiații.Mai reamintim că activitatea Λ a unei surse de radiații este definită ca numărul de dezintegrări ce au

loc în sursă, în unitatea de timp:

Λ=dNdt

având drept unitate în S.I. becquerel-ul (1 Bq=1 dezintegrare/secundă), și ca unitate de măsură tolerată Curie-ul (1Ci = 3,7 10⋅ 10 dezintegrări/secundă).

În aceste condiții, intensitatea I a radiațiilor la distanța r de sursă, în absența oricăruiabsorbant intermediar, se scrie:

16

I= ΛsEγ4π r 2

s fiind numărul de cuante emise la fiecare dezintegrare. Deci

D= μρ∙ t= ΛsEγ

4 πr 2

doza debit de radiație este doza primită în unitatea de timp de către substanța respectivă:

d=Dt= μρ∙ΛsEγ

4 π r2

Pentru o anume sursă și o anume substanță absorbantă, termenii μ,ρ, Eγ , s sunt constanți.Se notează

Γ=μsEγ4 πρ

acestă constantă găsindu-se tabelată în literatura de specialitate. Doza debit, în condițiileconsiderate:

d= ΓΛr2

Masurarea radiatiilor nucleareÎntrucât radiațiile nucleare afectează oamenii, trebuie să fim capabili să măsoare prezența sa. De

asemenea, trebuie să se refere cantitatea de radiatii primite de către organul de efectele sale fiziologice. Doi termeni utilizată pentru a corela cantitatea de radiatii primite de către organism sunt expunere și doza. Atunci când sunt expuse la radiații, corpul tau absoarbe o doză de radiație.

Ca și în cele mai multe cantități de măsurare, anumite unități sunt folosite pentru a exprima în mod corespunzător de măsurare. Pentru măsurători radiații acestea sunt:

Roentgen: roentgen măsoară energia produsă de radiații gamma într-un centimetru cub de aer. Acesta este de obicei abreviat cu litera majusculă "R". Un milliroentgen, sau "mr", este egal cu un Roentgen-o miime de. O expunere de 50 de roentgens ar fi scris "50 R".

Rad: Sau, de radiație absorbită Doza recunoaște că diferite materiale care primesc aceeași expunere nu poate absorbi aceeași cantitate de energie. Un rad masoara cantitatea de radiații de energie transferat la unele masă de material, de obicei oamenii. Unul roentgen expunerii rezultatelor radiații gamma în aproximativ o rad de doza absorbita.

Rem: Sau, Roentgen echivalent Omul este o unitate care se referă orice doza de radiații la efectul biologic al că doza. Să se raporteze doza absorbită de anumite tipuri de radiatii pentru efectul lor biologice, un "factor de calitate" trebuie să fie înmulțită cu doza în rad, care arată apoi doza în REMS. Pentru raze gamma și particule beta, 1 rad de expunere rezultatelor la 1 rem de doza.

Alți termeni de măsurare: Standard International (SI) de unități care pot fi utilizate în locul de rem și rad sunt sievert (Sv) și gri (Gy). Aceste unități sunt legate, după cum urmează: 1Sv = 100 rem, 1Gy = 100 rad. Alți doi termeni care se referă la rata de dezintegrare radioactivă de la un material radioactiv sunt Curie (Ci) și Becquerel (Bq).

Bottom Line: Din fericire, tăiere prin confuzia de mai sus, în scopul radioprotecției practice la oameni, majoritatea expertilor sunt de acord (inclusiv FEMA Emergency Management Institute) care Roentgen, Rad și Rem pot fi considerate echivalente. Ratele de expunere veți vedea, de obicei, va fi pur și simplu și-a exprimat în termeni de Roentgen (R) sau milliroentgen (MR).

Radiații alte măsurători 1 terabecquerel (TBq)

1 terabecquerel (TBq) 1 gigabecquerel (GBq) 1 megabecquerel (MBq)

~ ~ ~

27 27 27

Curie (Ci) millicurie (MCI) microcurie (μCi)

17

1 kilobecquerel (kBq) 1 Becquerel (Bq) 1 Curie (Ci) 1 millicurie (MCI) 1 microcurie 1 nanocurie (NCI) 1 picocurie (PCI) 1 Gray (Gy) 1 milligray (mGy) 1 microgray (μGy) 1 nanogray (nGy) 1 kilorad (krad) 1 rad (rad) 1 millirad (mrad) 1 microrad (μrad) 1 Coulomb / kg (C / kg) 1 millicoulomb / kg (mc / kg) 1 microcoulomb / kg (μC / kg) 1 nanocoulomb / kg (nC / kg) 1 kiloroentgen (KR) 1 Roentgen (R) 1 milliroentgen (MR) 1 microroentgen (μR) 1 sievert (Sv) 1 mSv (mSv) 1 microsievert (μSv) 1 kilorem (Krem) 1 rem (rem) 1 millirem (mrem)

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ = = = = = = = = ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ = = = = =

=

27 27 37 37 37 37 37 100 100 100 100 10 10 10 10 3876 3876 3876 3876 258 258 258 258 100 100 100 10 10

10

nanocurie (NCI) picocurie (PCI) = 1 DPS gigabecquerel (GBq) megabecquerel (MBq) kilobecquerel (kBq) Becquerel (Bq) millibecquerel (MBq) rad (rad) millirad (mrad) microrad (μrad) nanorad (nrad) gri (Gy) milligray (mGy) microgray (μGy) nanogray (nGy) Roentgen (R) milliroentgen (MR) microroentgen (μR) nanoroentgen (NR) millicoulomb / kg (mc / kg) microcoulomb / kg (μC / kg) nanocoulomb / kg (nC / kg) picocoulomb / kg (PC / kg) rem (rem) millirem (mrem) microrem (μrem) sievert (Sv) mSv (mSv)

microsievert (μSv)

18