Interacţiunea radiaţiilor nucleare cu substanța

PACURAR ANA MARIA

MILINTON ANDRA

Radiatiile Nucleare Radiația se află peste tot în natură. Ea poate fi radiație ne-ionizantă(ex. undele radio, lumina, microundele) sau radiație ionizantă (ex. razele X folosite în scopuri de diagnosticare medicală, razele gamma folosite în scopuri terapeutice).

Definirea radiației ionizate: Radiaţia ionizantă este radiaţia care are suficientă energie pentru că în urma intereacției sale cu un atom să poată expulza un  electron de pe orbita atomului,formînd ioni; de aici și numele său.  În nucleul atomului se găsesc neutroni și protoni. Toţi atomii aceluiaşi element au acelaşi număr de protoni; numărul de neutroni poate însă diferi.

Radiaţiile nucleare sunt formate din particule nucleare în mișcare: fie ele elementare, fie nuclee emise de nucleele stabile.  Ele se obțin prin accelerarea particulelor nucleare, prin reacţii nucleare sau prin dezintegrarea nucleelor radioactive.

Interacţiunea radiaţiilor nucleare cu substanța

Radiaţiile nucleare sunt formate din: ● particule încărcate cu sarcină electrică ● particule neutre (neutroni si fotoni)

  Principala interacţiune a radiaţiilor formate din particule  încărcate electric cu substanţa este  ionizarea și excitarea atomilor mediului.

Trecerea  fotonilor x sau δ(gamma) printr-o substanţă poate să producă două fenomene: 1)    Efect fotoelectric 2)    Efect Compton Prin efect fotoelectric se înţelege absorția unui foton cu emiterea unui electron,iar prin efect

Compton se înţelege imprăștierea elastica  a fotonilor  pe electronii liberi  dintr-o substanţă.      Atât prin efect fotoelectric cât și prin efect Compton , fotonii scot  electroni rapizi din

substanţă ,electroni care la rândul lor pot produce ionizări.      Trecerea neutronilor  printr-o substanţă  produce reacţii nucleare fiind însoţită și de o

atenuare a fasciculului de neutroni.

Detectori de radiaţii

Detectorii de radiaţii nucleare reprezintă sisteme care pun în evidenţă existenţa radiaţiilor nucleare şi permit determinarea calitativă sau cantitativă a unora dintre caracteristicile lor: numărul de particule nucleare, energia, masa particulelor, etc.

        Detectorul de radiaţii nucleare converteşte particulele incidente pe suprafaţa activă în semnal electric (sarcină sau tensiune) sub formă de impulsuri.

          Detectorul de radiaţii este format, de regulă, din două părţi componente:

            - corpul de detecţie propriu-zis constă dintr-un mediu în care radiaţia nucleară produce un  efect specific

            - sistemul de înregistrare a efectului produs de particulă ,asigură amplificarea şi prelucrarea semnalului obţinut.

Detectoarul Geiger-MüllerDetectorul Geiger-Müller este constituit din doi electrozi: catodul, cilindric, construit din metal, sticlă metalizată sau grafitată, iar anodul fiind un fir metalic subţire (de obicei din wolfram, cu diametrul de 0,1-0,2 mm), situat pe axa cilindrului.

Prin caracteristica unui detector Geiger-Müller se înţelege graficul care exprimă dependenţa vitezei de numărare n a detectorului de tensiunea aplicată acestuia, în condiţiile unui flux constant de particule ajunse la detector (viteza de numărare se notează cu n şi se dă în impulsuri pe minut).

Mod de actionare Există mai multe tipuri de detectoare Geiger-Müller:

- cu gaze inerte şi vapori organici

- sau gaze inerte şi halogeni

• Între electrozii detectorului Geiger-Müller se aplică tensiune electrică continuă.

• Pătrunzând în volumul sensibil al detectorului, radiaţia nucleară interacţionează cu atomii gazului, pe care îi ionizează, creând astfel un anumit număr de perechi de ioni pozitivi şi electroni.

• Ionii pozitivi sunt atraşi de catod.

• Ca rezultat în circuitul detectorului

ia naştere un impuls electric de scurtă

durată care se anulează atunci când

toţi electronii ajung la anod.

CAMERA DE IONIZARE

 Camera de ionizare este o incintă închisă, de formă cilindrică, în care se găsesc doi electrozi plan – paraleli şi un gaz aflat în condiţii normale. Cei doi electrozi formează un condensator plan cu electrozii aflaţi la distanţa de 3 – 6 cm unul de altul.

  În lungul traiectoriei particulei nucleare încărcate care străbate gazul camerei se produc ioni pozitivi şi electroni.

          Numărul perechilor de sarcini care se produc depinde de natura radiaţiei   care a interacţionat cu moleculele gazului şi de energia lor cinetică.        Curentul de ionizare este amplificat şi măsurat. El este proporţional cu numărul total de perechi ion - electron creaţi de particule în unitatea de timp.  

   Dezavantaje: în camera de ionizare curentul obţinut este mic, fapt ce duce la necesitatea folosirii unui sistem de înregistrare complicat.

Detector cu scintilaţii.

FOTOMULTIPLICATORUL

        Fenomenul pe care se bazează funcţionarea acestor detectori constă în apariţia de scintilaţii în cristale anorganice sau substanţe organice. La baza construcţiei unui scintilatii sta fenomenul de fluorescenţă care constă în schimbul de energie dintre particulele nucleare şi materialul scintilatorului.  Lumina produsă de scintilator este transportată la fotomultiplicator.

         Fotomultiplicatorul este un instrument care  transformă un semnal luminos într-un semnal electric. El este construit dintr-un tub de sticlă vidat în care se află: un fotocatod, un ansamblu de diode, un divizor de tensiune şi un anod.

         Amplitudinea pulsului de tensiune, obţinut cu ajutorul fotomultiplicatorului, este proporţională cu numărul de scintilaţii produse de particula încărcată la trecerea prin cristal, deci cu energia acesteia. Datorită acestui fapt, detectorul cu scintilaţie se foloseşte atât la numărarea radiaţiilor nucleare cât şi la măsurarea energiei acestora.  

Camera de ionizare Fotomultiplicatorul

Efectele Biologice ale radiatilor

 Radiaţiile în condiţii controlate pot avea efecte benefice, astfel încat observăm:utilizarea radiaţiilor în tratamentele medicale (distrugerea celulelor canceroase),diagnosticări (radiografii), în industria alimentară (conservarea alimentelor) în industria farmaceutică (sterilizarea instrumentelor chirurgicale), etc.

Efectele radiaţiilor nucleare asupra omului depind de câţiva factori foarte importanţi: cantitatea de radiaţii primită de victimă, locul care a fost iradiat, vârsta persoanei expuse și timpul în care este supus radiațiilor.

   Efectele biologice ale radiatiilor pot fi grupate în:

    1)Efectele somatice,  care apar la nivelul  celulelor și afectează fiziologia individului expus; pot provoca distrugeri ce duc la moartea individului sau la reducerea speranței de viață.

        În cazul unei doze mari (6 sieverţi la Cernobâl)- decesul este o consecinţă sigură.

Între 4 şi 4,5 sieverţi, jumătate din persoane mor. Radiaţiile ard pielea, distrug sistemul nervos central, măduva osoasă şi celulele digestive. În plus, întregul sistem imunitar se prăbuşeşte.

       Încă de la o expunere de peste un Sievert, apar primele simptome: greţuri, vomă, hemoragii interne. Toate aceste efecte sunt cauzate de moartea celulelor.

 2)Efectele genetice, care apar în celulele germinale conducând, astfel, la mutatii genetice la descendenți.

      Cele mai importante efecte se observă la celulele germinale. În urma interacțiunii  dintre radiații și celulele germinale se observă o alterare a cromozomilor și a codului genetic - ADN. Gravitatea acestor probleme este amplificată prin transmiterea lor la descendenți chiar și la doze foarte mici.

Dozimetria Dozimetria, adică măsurarea dozelor radiaţiilor ionizante, face parte integrantă dintre mijloacele

radioprotecţiei. Are drept obiectiv măsurarea radiaţiilor într-un loc sau asupra unei persoane, pentru a furniza estimaţii ale dozelor.

Responsabilul cu radioprotecţia trebuie să aibă la dispoziţie dozimetre pentru a evalua dozele primite de către personal, şi anume:

Dozimetre pasive

Dozimetre active.

2.1. Dozimetria pasivă

Este realizată graţie dozimetrelor cu peliculă fotografică, denumite şi dozifilme; se bazează pe proprietatea radiaţiilor X, Y, şi neutronice de a impresiona în mod diferit emulsia fotografică. Dozifilmul este purtat la inaltimea pieptului;acest amplasament este ales intrucit corespunde valorii medii a expunerii totale a coprului. Se pot dispune dozimetre pasive de tip „brăţară” pe mâini sau picioare pentru a măsura doza de radiaţii la extremităţile corpului.

Principiul dozimetriei pasive constă în măsurarea înnegririi globale a filmului prin compararea cu un etalon. Dozimetrele termoluminescente sunt compuse dintr-un material care absoarbe energia radiaţiilor, prin efectul acestora se produce o schimbare latentă de stare astfel încât după o încălzire exterioară materialul emite lumină, proporţională cu iradierea.

.2. Dozimetria operaţională (activă)

 

Dozimetria operaţională a fost stabilită ca modalitate reglementată de protecţie a operatorilor din domeniul medical contra pericolelor radiaţiilor ionizante prin Directiva EURATOM 90/641.

Criterii tehnice obligatorii pentru dozimetrele operaţionale

Dozimetrele trebuie să fie capabile să furnizeze informaţii în timp real, adică doza integrată şi, eventual,debitul dozei, permiţând astfel urmărirea permanentă a expunerii; această proprietate este foarte importantă în cazul iradierii accidentale.

Descrierea unui dozimetru operaţional

În prezent, majoritatea dozimetrelor electronice utilizează acelaşi tip de detector: diode semiconductoare cu siciliu (de la una la trei în funcţie de model). Gama energetică a dozimetrului trebuie să corespundă cu sursa de expunere a operatorilor medicali.

Accidentul de la Fukushima Atomocentrala Fukushima Daichii, localizată la 250 de kilometri de Tokyo, finalizată

în anul 1976, având 6 reactoare nucleare operaționale. La momentul accidentului,  reactoarele 1, 2 și 3 operau la putere maximă; celelalte 3 reactoare erau în revizie tehnică. În ciuda încercării eronate de a recurge la acumulatoarele electrice de rezervă, din pricina impactului cu valurile, reactorul 1 a fost primul care a cedat, din cauza avariei sistemului de răcire (în lipsa unui sistem de răcire, apare riscul supraîncălzirii miezului cu material fisionabil radioactiv, conducând la topirea acestuia și producerea unor explozii). 4 zile mai târziu, în data de 15 martie, autoritățile fac publice informații privind o nouă explozie, dar de această dată la cel de al treilea reactor, urmată de un incendiu la reactorul 4 (aflat în revizie tehnică în momentul impactului). Există multe speculații privind momentul exact când au avut loc exploziile fiecărui reactor, dar cert este că nucleele reactoarelor 1, 3 și 4 s-au topit aproape în totalitate în primele 3 zile de la producerea cutremurului. După două săptămâni s-a realizat stabilizarea celor 3 reactoare, temperatura acestora scăzând sub 80 ° C spre sfârșitul lunii octombrie în timp ce, în decembrie, s-a anunţat închiderea reactoarelor.

Cantitatea de cesiu-137 radioactiv eliberat în aer in urma dezastrului este echivalentă cu cea a 168 de bombe atomice de tipul celei de la Hiroshima (Radioizotopul cesiu-137 are un timp de înjumătățire de aproximativ 30 de ani, fiind foarte toxic, periculos și exploziv, iar izotopii săi prezintă un risc ridicat în caz de scurgere radioactivă)

Primele mutații biologice s-au înregistrat după aproximativ un an de zile în cazul fluturilor; printre acestea au fost incluse aripile mai mici sau lipsa ochilor. Ulterior s-au descoperit și mutații în cadrul peștilor.

Cantitatea de stronţiu-90 identificată în apele subterane, cât și la nivelul apei Oceanului Pacific din jurul coastei de est a Japoniei,  a fost de de 900.000 de becquerel pe litru, adică de peste câteva mii de ori mai mare decât limita maximă admisă

Nivelul de iod 131 radioactiv din vestul Oceanului Pacific a depășit cu peste 7, 5 milioane limita admisă de lege! Ca atare, pescuitul a fost interzis pe coasta estică a Japoniei.