close

Enter

Log in using OpenID

7-2-Biofizika Nuklearna

embedDownload
BIOFIZIKA
FIZIKA MIKROSVETA
− Nuklearna fizika
ˇ
ˇ c´
Akademik, prof. dr Jovan P. Setraj
ci
[email protected]
Univerzitet u Novom Sadu
Departman za fiziku PMF
Powered by
LATEX 2ε ! – p. 1/1
Nuklearna fizika
Atomska jezgra
(dat ∼ 10−10 m ,
qat = 0 , mat )
Karakteristike
dj ∼ 10−15 m , qj = +Z e , mj . mat
SASTAV
(me = 9, 1081 · 10−34 kg)
mp = 1, 6731 · 10−27 kg , mn = 1, 6751 · 10−27 kg
DIMENZIJE
ˇ AVANJE
OBELE Z
A
ZX
neutron
Z − r.broj = broj protona, N − broj neutrona
A − maseni br. = br.nukleona: A = Z + N
√
3
OSOBINE r = r0 A ;
ρ ≈ 1017 kg/m3
Nuklearne sile
−
ˇ ) INTERAKCIJE
JAKE ( NAJJA CE
VRLO KRATKOG DOMETA
Defekt mase
proton
•
ELEKTRO - NEZAVISNOST
− energija veze nukleona Mj <
X
Mnukleona
∆M = Z mp + N mn − Mj , EV = ∆M c2
1 – p. 2/1
Nuklearna fizika
Prirodna radioaktivnost
Elementi Z
> 83 se spontano raspadaju: α, β i γ
VRSTE RA RASPADA
α − RASPAD (α ≡42 He:
A
ZX
α A−4 Y
−→
Z−2
+
2p + 2n − stabilan!)
4 He
2
238 U
92
226 Ra
88
234 Th + 4 He
90
2
4
→ 222
86 Rn + 2 He
(do 105 pari jona), domet
→
8
Brzine do 107 m/s, jonizuju
sredinu
mali
< e−
e− p,
e+ n )
β − RASPAD (β ≡
:
unutar-nukleonski: n →
p→
: e+
· ELEKTRONSKI RASPAD (N > Z): 10 n → 11 p + −10 e + ν − antineutrino!
210 Bi → 210 Po + 0 e + ν
83
84
−1
234 Th → 234 Pa + 0 e + ν
90
91
−1
1
1
0
POZITRONSKI RASPAD (N < Z):
1 p → 0 n + 1 e + ν − neutrino!
11 C → 11 B + 0 e + ν
0
β+ A
6
5
1
Z−1
1
13 N → 13 C + 0 e + ν
7
6
1
4
0 do c, manje jonizuju sredinu (do 10 pari jona), domet ve´ci
A
β− A Y
X
−→
Z
Z+1
·
A
ZX
Brzine
−→
+
0e
−1
+ν
Y+ e+ν
1 – p. 3/1
Nuklearna fizika
Prirodna radioaktivnost
γ − raspad
(γ ≡ foton EMZ: − opasan!
λγ ∼ 10−11 m)
Brzine c, slabo jonizuju sredinu, domet vrlo velik
ZAKON RA RASPADA
S MANJENJE BROJA / MASE
dN
= −λ N ⇒ N = N0 e−λ t
dt
V REME
POLURASPADA
N0
ln 2
t=T : N =
⇒ T =
2
λ
T
S REDNJI Zˇ IVOT τ =
ln 2
N(t)
N0
BROJ
NERASPADNUTIH
RADIOAKTIVNIH
JEZGARA
N0 /2
N0 /4
N0 /8
0
T1/2
2T1/2
3T1/2
t
1 – p. 4/1
Nuklearna fizika
Prirodna radioaktivnost
ELEMENT
ˇ
RA zracenje
E [MeV]
T1/2
238 U
92
230 Th
90
210 Pb
82
210 Po
84
222 Rn
86
214 Bi
83
210 Tl
81
214 Po
84
α
4,18
4,5·109 god
α
4,69
8,0·104 god
β, γ
0,02
22 god
α
5,30
140 dan
α
5,49
3,82 dan
α, β, γ
5,50
19,7 min
β
1,96
1,32 min
α
7,58
1,64·10−4 s
dN = λ N ⇒ A = A0 e−λ t
Aktivnost A = dt A0
⇒ t = τ ln
− starost pomo´cu 14 C
A
1 – p. 5/1
Nuklearna fizika
ˇ cka
ˇ radioaktivnost
Vesta
BOMBARDOVANJE JEZGARA
Bombardovanjem projektilima (α, p, n, ...) izaziva se veštaˇcka
transformacija jezgara; stabilna (ne RA) prelaze u u nestabilna i RA:
4α
2
+
14 N
7
→
18 F
9
→
17 O
8
+ 11 p − dokazano postojanje protona
4α
2
+ 94 Be →
13 C
6
→
12 O
6
+ 10 n − dokazano postojanje neutrona
1 – p. 6/1
Nuklearna fizika
ˇ cka
ˇ radioaktivnost
Vesta
NUKLEARNE REAKCIJE
Transformacije atomskih jezgara izazvane njihovim med—usobnim
delovanjem (sudarima; ukljuˇcuju´ci i elementarne cˇ estice kao projektile):
A1
Z1 X
A3
A4
2
+A
Y
→
Z
+
Z2
Z3
Z4 T
ˇ TA Sˇ EMA
OP S
ˇ
´ zakonitosti:
pri cemu
vaˇze sledece
ZON: Z1
+ Z2 = Z3 + Z4
ZOM, tj, broja nukleona:
A1 + A2 = A3 + A4
+ EY = EZ + ET ± Q
⊕ − EGZOTERMNE ⊖ − ENDOTERMNE
ZOE: EX
SVI TRANSURANI (Z
ˇ CKI
ˇ − BOMBARDOVANJEM
> 92) SU DOBIJEMI VESTA
238 U
92
1 – p. 7/1
Nuklearna fizika
ˇ cka
ˇ radioaktivnost
Vesta
RA
n
RA
/U/
FISIJA
n
n
ili CEPANJE teškog jezgra na fragmente
Pored SPONTANE fisije (A > 238)
postoji i INDUKOVANA
(posle reakcije sa nekom cˇ esticom):
9
8
83
1
>
>
< → 150
57 La + 35 Br + 3 0 n =
1 n + 235 U
+Q
0
92
141
94
1
>
>
: → 55 Cs + 37 Rb + 2 0 n ;
n
n
RA
RA
n
Fisioni proces (=) produkti: RA otpad + n=neutroni
ENERGIJA AKTIVACIJE
ˇ
KRITICNA
MASA
ˇ
LANCANA
REAKCIJA:
kontrolisana i nekontrolisana
1 – p. 8/1
Nuklearna fizika
ˇ cka
ˇ radioaktivnost
Vesta
FUZIJA
Au
/Pt
ili SPAJANJE lakih jezgara
u teže, ... teško,
Pored SPONTANE fuzije (na Suncu):
2H
1
+32
→11
Zn
C
C
C
+42
He
H
He + Q
postoji i INDUKOVANA
ENERGIJA AKTIVACIJE ???
ˇ
KRITICNA
MASA
ˇ
LANCANA
REAKCIJA:
kontrolisana (− još NE!!!)
i nekontrolisana ...
???
C
C
Fe
C
Cu
Fuzioni proces (=) produkti: Alhemija + ___
1 – p. 9/1
Nuklearna fizika
´ zracenje
ˇ
Jonizujuce
ˇ
ˇ
One RA cestice
i RA zracenje
koje izazivaju jonizaciju atoma,
molekula, ... sredine:
α, β, γ , posebno protona i neutrona.
Joni stupaju u hemijske reakcije, ...
ˇ
Neutronsko zracenje
(snop neutrona) izaziva i
ˇ
sekundarno RA zracenje
u materiji kroz koju prod¯e
DETEKCIJA I DOZIMETRIJA
ˇ
D ETEKTORI RA ZRA CENJA
Instrumenti za registrovanje prisustva (prolaska) jonizuju´ceg zraˇcenja
· gasni: jon.cevi sa brojaˇcem, npr. G−M
· kristalni: sa fotoel.efektom; poluprov.
ˇ
D OZIMETRI RA ZRA CENJA
Ured—aji za kontrolu primljene doze jonizuju´ceg zraˇcenja
· liˇcni: filmovi, ...
· kolektivni: sa raˇcunarom
1 – p. 10/1
Nuklearna fizika
´ zracenje
ˇ
Jonizujuce
ˇ EFEKTI RA OZRACIVANJA
ˇ
BIOLOSKI
ˇ
ˇ
RA zracenje
snaˇzno jonizuje molekule bioloskog
sistema!
Najzastupljenija H2 O se razlaˇze na
slobodne radikale: H• i OH• ,
´ H2 O 2
gradeci
− jak oksidans.
Polimeri postaju nefunkcioni, zbog promene konfiguracije u
´
molekulima, povecava
se viskoznost sredine sve do stvaranja gela!
ˇ
Posebno je jako negativan uticaj RA zracenja
´
na celijski
ciklus i u interfazi i u mitozi.
Zbog ovih efekata, zˇ ivotinje i ljudi su izloˇzeni
RADIJACIONOJ BOLESTI,
ˇ ...
koja ima 2 oblika: akutni i hronicni
1 – p. 11/1
Nuklearna fizika
´ zracenje
ˇ
Jonizujuce
ˇ
DOZE ZRACENJA
A PSORBOVANA:
apsorbovana energija proizvoljne vrste jon.
ˇ
zracenja
po
» jedinici –mase apsorbera:
dE
J
D=
Gy =
dm
kg
E KSPOZICIONA: kol. naelektrisanja svih jona nastalih jonizacijom
jedinice mase
» –vazduha:
dQ
C
mC
X=
; 1 Gy = 26
dm
kg
kg
ˇ
E KVIVALENTNA:» opisuje
dejstva na biol. sisteme:
– efekte stetnog
J
H = F N · D Sv =
kg
F i N su faktori odred—enog zraˇcenja i dela biol.sistema
1 – p. 12/1
Nuklearna fizika
´ zracenje
ˇ
Jonizujuce
ˇ
POSLEDICE DEJSTVA RA ZRACENJA
´
NA CELIJSKOM
NIVOU
VISOKE DOZE
NISKE DOZE
smrt c´ elije
rast i promena funkcije
a) mitološka smrt
a) mitološki zastoj
b) interfazna smrt
b) pove´canje propustljivosti menbrane
c) mutacije gena
d) kidanje hromozoma
1 – p. 13/1
Nuklearna fizika
´ zracenje
ˇ
Jonizujuce
ˇ
POSLEDICE DEJSTVA RA ZRACENJA
ˇ E CELIJSKIM
´
NA VI S
SISTEMIMA
AKUTNI
ˇ
HRONICNI
POSLEDICA
UZROK
anemija, krvarenje
smanjenje broja eritrocita i trombocita
sklonost infekcijama,
gubitak telesne mase
smanjenje broja leukocita,
ošte´cenje sluznice creva i kože
sterilnost
mitološka smrt spermatogonija
organska i opšta smrt
razaranje CNS
genetska mutacija
hemijska ošte´cenja nukl.kis.
ošte´cenje embriona
zraˇcenje u toku organogeneze
izazivanje karcinoma
somatske mutacije
sterilnost
mitološka smrt spermatogonija
kataraka
zamu´cenje oˇcnog soˇciva
1 – p. 14/1
Nuklearna fizika
´ zracenje
ˇ
Jonizujuce
ˇ
BRZINE ili JACINE
DOZA
ˇ
ˇ cenje
´
zbog cinjenice
da intenzitet oste
ˇ
− KUMULATIVNO DEJSTVO
biol. sistema zavisi od duˇzine ozracivanja
IY =
dY
, Y ≡ D, X, H
dt
1 – p. 15/1
Nuklearna fizika
´ zracenje
ˇ
Jonizujuce
ˇ
ˇ
ZASTITA
OD RA ZRACENJA
Postoje standardi koji definišu maksimalnu dozvoljenu brzinu (jaˇcinu) doza
VRSTA
Celo telo
ˇ organi
Kriticni
Ceo zˇ ivot
ˇ
ozracivanja
[mSv/god]
[mSv/god]
[Sv/život]
PROFESIONALNO
50,0
50,0 ÷ 300,0
2,00
ˇ
POJEDINA CNO
5,0
5,0 ÷ 30,0
0,30
ˇ TVO
STANOVNI S
1,7
1,7 ÷ 10,0
0,10
Pored toga, treba dodati i doprinos ostalih vidova zraˇcenja:
ˇ
PRIRODNIH i VEŠTACKIH
kojima smo stalno izlozeni!!!
1 – p. 16/1
Nuklearna fizika
´ zracenje
ˇ
Jonizujuce
ˇ
ˇ
ZASTITA
OD RA ZRACENJA
Postoje kritiˇcno-ugroženiji organi organi na neke RA elemente
ELEMENT
ORGAN
ELEMENT
ORGAN
H, Na
celo telo
Zn, Co
jetra
C
mast
S
testisi
K
ˇ ci
´
misi
I
ˇ
stitna
zˇ lezda
Fe
slezina
Au, Hg
bubrezi
P, Sr
kosti
Po, Ra
kosti
1 – p. 17/1
Nuklearna fizika
´ zracenje
ˇ
Jonizujuce
ˇ
ZASTITA
I
UPOTREBA
RA
ˇ
ZRACENJA
:
´
maligne celije
neotpornije na
ˇ
RA ozracivanje
1 – p. 18/1
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
0
File Size
1 327 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content