Záření kolem nás
Jaroslav Šoltés, Milan Štefánik
Katedra jaderných reaktorů FJFI ČVUT v Praze
Elektromagnetické záření
q Pohybující se elektrický náboj vyzařuje
elektromagnetické záření
q Vlastnosti záření jsou charakterizovány vlnovou délkou
q Rozdělení elektromagnetického záření:
o  Záření gama
o  Rentgenové záření
o  Ultrafialové záření(UV)
o  Viditelné světlo
o  Infračervené záření (IR) – tepelné záření
o  Rádiové vlny - mikrovlny, velmi krátké vlny, krátké vlny, střední
vlny, dlouhé vlny
Druhy záření
IR záření
UV záření
Zdroj mikrovlnného záření
Radar
RTG záření
Čerenkovo záření v reaktoru
Atom
q Nejmenší jednotka chemického prvku
q Skládá se jádra a elektronového obalu
q Jádro – neutron, proton
q Atomový obal – elektron
q V elektricky neutrálním atomu je počet elektronů roven
počtu protonů
Druhy záření
q Neionizující záření
o  Ultrafialové záření
o  Viditelné světlo
o  Infračervené záření
o  Mikrovlny
o  Radiové vlny
q Ionizující záření
o  Přímo ionizující
§  záření alfa, beta, gama
o  Nepřímo ionizující
§  fotony a neutrony
Hvězdna obloha pozorovaná
ve spektru gama záření
Radioaktivita
q Radioaktivita je schopnost atomu (přesněji atomového
jádra) přeměnit se na jiný atom vysláním radioaktivního
záření
q Radioaktivní rozpad je samovolná přeměna nestabilních
jader
q Jednotka – Becquerel (dříve Curie)
Objev radioaktivity
q 1896 – H. Becquerel pozoroval radioaktivitu
q Název „radioaktivita“ zavedli P. Curie a Marie CurieSklodowska
q 1903 – Nobelova cena pro uvedené fyziky
Henri Becquerel
Marie Curie-Sklodowska
Pierre Curie
Symboly radioaktivity
Výstražný symbol označující
radioaktivní materiál
Doplňkový výstražný symbol
ionizujícího záření
Ukázka označení
radioaktivních materiálů
Druhy radioaktivního záření
q V přírodě se nachází asi 50 radionuklidů
q Jejich radioaktivitu nazýváme přirozenou radioaktivitou
q U přirozených radionuklidů byly zjištěny tři druhy
pronikavého neviditelného záření:
o  Záření alfa
o  Záření beta
o  Záření gama
Částice beta záření v mlžné komoře
Částice alfa záření v mlžné komoře
Záření alfa
q Proud jader atomů helia
q Alfa částice mají velkou energii, ale velmi krátký dolet
q Může být pohlceno listem papíru nebo k zeslabení stačí
několik centimetrů vzduchu
q Má silné ionizační účinky
q V případě vnitřního ozáření je nejvíce problematické,
protože veškerá energie záření je předána živé tkáni
Záření beta
q Proud elektronů letících téměř rychlostí světla
q 100krát pronikavější než záření alfa
q Slabší ionizační účinky než záření alfa
q Vyzařovaný elektron vzniká v jádru rozpadem neutronu
q Může být pohlceno hliníkovou fólií
Záření gama
q Proud fotonů, které se pohybují rychlostí světla.
q Nejpronikavější jaderné záření
q Nejslabší ionizační účinky
q Lze jej zeslabit vrstvou olova nebo železobetonu
q Obecně se pro stínění používají materiály s vysokou
hustotou
Srovnání pronikavosti záření
Průchod radioaktivního záření
různými materiály
Chování jednotlivých druhů
záření v elektromagnetickém
poli
Zdroje záření
q Přírodní
o  Součástí přírodního ekosystému
o  Jejich působení lze eliminovat pouze v omezené míře
q Umělé
o  Vytvořené člověkem
q Princip radioaktivního rozpadu je však shodný pro
přírodní i uměle vyrobené radionuklidy
Přírodní zdroje záření
q Pozemské:
o  Záření ze zemské kůry
o  Radioaktivita atmosféry
o  Radioaktivita vody
q Mimozemské:
o  Kosmické záření
Přírodní radionuklidy
q Těžké prvky:
o Rádium a radon
q Rozpadové řady:
o Uranová řada
o Thoriová řada
o Aktiniová řada
q Další prvky:
o Draslík 40K, rubidium 87Rb
Příklad uranové rozpadové řady
Přirozené radionuklidy
q Zemská kůra obsahuje asi 30 radioaktivních nuklidů s
poločasem rozpadu delším než 109 let
q Většina z nich má velmi malé zastoupení
o  40K, 87Rb, 115In, 186W, 209Bi, 232Th, 235U, 238U
q Draslík je součástí minerálů a hornin, v přírodě je velmi
rozšířen
q Aktivita 40K v zemské kůře je vyšší než aktivita všech
ostatních přírodních radionuklidů
q Uran a thorium jsou obsaženy v půdách a ve všech
horninách
q Na 1 kg zemské kůry připadá průměrně 6 mg uranu a 12
mg thoria
Kosmogenní a krátkodobé radionuklidy
q Kosmogenní radionuklidy vznikají v důsledku interakce
dopadajícího kosmického záření s zemskou atmosférou
o  např. 3H, 14C, 10Be, 22Na, 32Si, 33P, 38Cl
q Radionuklidy s krátkým poločasem rozpadu jsou
součástí rozpadových řad a jsou v rovnováze s
mateřským izotopem
Radon
q Radon – 222Rn - je přírodní radioaktivní plyn a člen
rozpadové řady uranu
q Vzniká alfa rozpadem 226Ra
q Vzniká v horninách, prostupuje na povrch do atmosféry
nebo proniká do podzemních vod.
q Hromadí se v uzavřených prostorech
q Nevětrané místnosti
jsou proto významným
zdrojem záření!
Radon v bytech v ČR
q Ve většině bytů v ČR je hladina radonu nízká
q Zvýšený výskyt 222Rn s radioaktivními horninami v půdě
– středočeský žulový masiv
q Zvyšuje riziko vzniku rakoviny plic
q Opatření pro snížení 222Rn v domech:
o  Dostatečné větrání
o  Odsávaní ventilátory
o  Lepší izolování základů
o  Vzduchotěsné tapety
Radioaktivita půdy v ČR
q Na ozáření z přírodních zdrojů se podílí draslík, thorium
a uran
q Zvýšenou pozornost je potřeba věnovat i radonu
z podloží
q Nejvyšší koncentrace
uranu a radonu jsou
v žulách
Radioaktivita atmosféry
q Radioaktivita atmosféry je způsobená radioaktivními
plyny a aerosoly
o  Přechod prvků z půdy do atmosféry
o  Hlavně radon 220Rn a 222Rn
o  Nízký podíl kosmogenních prvků – uhlíku 14C a tritia 3H
Radioaktivita vody
q Radioaktivita vody je daná rozpuštěním nerostných látek
o  Objemová aktivita radonu
o  Draslík 40K se uvolňuje do vody poměrně málo
o  Do vody se dobře louhuje uran
o  Koncentrace radioaktivních látek je vyšší v mořské vodě než
ve sladké
Radioaktivita potravin
q Všechny potraviny jsou mírně radioaktivní.
q Nejvíce zastoupeny radioizotopy v potravinách:
o 40K, 3H, 226Ra, 228Th, 210Pb a 210Po
q Radioaktivita vstupuje do potravinového řetězce hlavně
přes rostliny
q Potraviny nejvíce obsahující radioaktivitu:
o  Některé druhy ořechů, káva, čaj, houby a mořští živočichové
Potrava
Obsah 40K
Obsah 226Ra
(Bq/kg potravy)
(Bq/kg
potravy
Mléko
44
0,01
Sýry
30
Maso
123
0,066
Mořské ryby
35-165
0,1-0,24
Jablka
23
0,03
Banány
130
Mrkev
126
Brambory
164
Špenát
240
Luštěniny
30-172
Bílý chléb
56
Paraořechy
207
Kosmické záření
q 1912 – rakouský fyzik Victor Hess objevil záření
přicházející ze shora (Ústí nad Labem)
q 1938 – Pierre Auger detekoval spršky kosmického záření
v atmosféře (Alpy)
Victor Franz Hess
Pierre Auger
František Běhounek
Kosmické záření – primární složka
q Solární složka
o  Tvořená protony (90 %) a jádry helia (10 %) – částice slunečního
větru
q Galaktická složka
o  Protony (88 %), jádra helia (10 %), elektrony a fotony (1 %) a lehké
prvky až po železo (1 %).
q Extragalaktická složka
o  Pravděpodobně vysoce energetické protony
q Atmosféra nás částečně chrání
Zdroje kosmického záření
Slunce
Země a Slunce
Krabí mlhovina
Mlhovina Kočičí oko
Binární systém Cyg. X-1
Galaxie Centaurus A
Kosmické záření – sekundární složka
q Interakcí primárního kosmického záření s atmosférou
vznikají spršky sekundárního kosmického záření
Umělé zdroje záření
q Lékařské aplikace
o  Medicínská diagnostika, terapie
q Jaderná energetika
o  Jaderné elektrárny, palivový cyklus
q Průmysl
o  Sterilizace potravin, geologické průzkumy, kontrola stavebních
materiálu, defektoskopie odlitků
q Testy jaderných zbraní
Umělé zdroje záření
Rentgen plic
Radioterapie
Testy jaderných zbraní
Jaderná elektrárna
Defektoskopie materiálu
Umělá radioaktivita
q 1919 – prvá uměle vyvolaná jaderná reakce (Ernest
Rutherford) a objev protonu
q 1934 – Irena Joliot Curie a Fréderic Joliot Curie objevili
umelou radioaktivitu
Ernest Rutherford
Irena Joliot Curie
Fréderic Joliot Curie
Rentgenové záření
q 1895 – Záření objeveno německým fyzikem Wilhelmem
Conradem Röntgenem.
q Úspěšně se využívá v lékařství od roku 1896.
q Vytváří se uměle ve speciální lampě rentgence.
Wilhelm C. Röntgen
RTG snímek ruky
První rentgenový přístroj
Neutronové záření
q 1932 – James Chadwick objevil neutron
q Zdroj – jaderný reaktor, neutronový generátor
q Pronikavé nepřímo ionizující záření
q Odstínění pomocí materiálů obsahujících vodík,
absorpce pomocí bóru a kadmia
James Chadwick
První jaderný reaktor
Lékařství
q Průměrná dávka z lékařského ozáření:
o  Rentgenové záření
o  Diagnostika podáváním radiofarmak
o  Radiační terapie (léčení rakoviny)
q Asi 95 % dávky je od užití RTG záření
q Stomatologie:
o Nejčastěji používané RTG vyšetření
q Podávání radiofarmak (131I a 90mTe)
Další umělé zdroje
q Jaderná energetika
o  Radioaktivita se vyskytuje ve všech částech palivového cyklu
q Průmyslové využití radionuklidů
o  Významným zdrojem je spalování přírodních paliv (zejména uhlí)
q 200 jaderných výbuchů v atmosféře
o  Dodnes významné izotopy: 14C, 137Cs, 90Sr, 3H
Záření přírodní a umělé
Zastoupení přírodního
a umělého záření
Zastoupení složek přírodního záření
Srovnání zdrojů přírodního a umělého záření
1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
6. 
7. 
Kosmické záření
Radon
Záření zemské kůry
Vnitřní zdroje (potraviny)
Průmyslové zdroje
Lékařské aplikace
Jaderná energetika
Hodnocení celkové dávky
q Jednotka aktivity – becquerel – charakterizuje pouze
fyzikální charakter radioaktivního rozpadu
q Pro zahrnutí biologických účinků záření se používá
jednotka – Sievet
q Z definice v sobě zahrnuje vliv jednotlivých druhů záření
na organismus
q Je rozdíl zda jde o kumulativní dávku nebo jednorázové
ozáření
q Jednorázová dávka 1 Sv způsobí nemoc z ozáření
q Více než 1 Sv může zabíjet
Limity pro ozáření
q Obdržené dávky a limity jsou udávány v tisícinách
sievertu, tj. mSv
q Limit pro obyvatelstvo (pouze od umělých zdrojů, bez
lékařských ozáření):
o  1 mSv/rok
q Limit pro pracovníky se zářením (pouze od umělých
zdrojů, bez lékařských ozáření):
o  20 mSv/rok
Ozáření obyvatelstva z přírodních zdrojů
Zdroj ozáření
Kosmické záření
Inhalace
Přírodní záření
Ingesce
Celková suma
Průměrná roční efektivní dávka
(mSv/rok)
Primární složka a fotony
0,28
Neutrony
0,10
Kosmogenní radionuklidy
0,01
Celkové ozáření z kosmického záření
0,39
Uranová a Thoriová řada
0,006
Radon (222Rn)
1,15
Radon (220Rn)
0,1
Celkové ozáření z inhalace
1,26
Zemský povrch
0,07
Stavební materiály
0,41
Celkové přírodní ozáření
0,48
Draslík (40K)
0,17
Uranová a Thoriová řada
0,12
Celkové ozáření z ingesce
0,29
2,4
Srovnání zdrojů přírodního a umělého záření
Přírodní zdroj záření
Roční dávka
Umělý zdroj záření
(mSv/rok)
Kosmické záření při mořské
hladině
0,3
Kosmické záření 300 m n. m.
0,325
Kosmické záření 600 m n. m.
0,375
Kosmické záření 1000 m n. m.
0,45
Záření z půdy
Roční dávka
(mSv/rok)
Radiofarmaceutické vyšetření
0,3
Rentgenové vyšetření trávícího traktu
4
Rentgenové vyšetření plic
0,08
Spad po zkouškách jaderných zbraní
0,01
Cesta letadlem (vzdálenost 4000 km ve
výšce 10 000 km)
0,025
1,35
Bydlení v dřevěném domu
1,215
Bydlení u jaderné elektrárny
0,001
Bydlení v žulovém domě
2,7
Spalování uhlí
0,04
Bydlení v nevětraném žulovém
domě
4,05
Sledování televize (1 hodina)
0,002
Bydlení ve stanu
1,08
Potraviny
0,35
Další příklady
Spaní vedle další osoby
Sníst jeden banán
Používaní CRT monitoru po dobu 1 rok
0,00005 mSv
0,0001 mSv
0,001 mSv
Průměrná denní dávka od pozadí
0,01 mSv
Let z New Yorku do Los Angeles
0,04 mSv
Průměrná dávka obdržena obyvateli v okolí JE Three Mile Island v době nehody
0,07 mSv
Roční dávka od přírodního draslíku v organismu
0,17 mSv
Limit pro obyvatelstvo
1 mSv
Roční dávka od přírodního pozadí
2,4 mSv
Dávka obdržena za 1 den v místě 50 km SZ od JE Fukušima 16. března 2011
3,6 mSv
Rentgen hrudníku
5,8 mSv
Dávka za 1 hodinu strávenou v Černobylské JE v roce 2010
6 mSv
Maximální povolená roční dávka pro pracovníky se zářením
50 mSv
Limit pro pracovníky se zářením v havarijních situacích při ochraně majetku
100 mSv
Nejnižší roční dávka spojená s nárůstem rizika rakoviny
100 mSv
Limit pro pracovníky se zářením v havarijních situacích při záchraně života
250 mSv
Jednorázová dávka způsobující nemoc z ozáření
400 mSv
Vážné jednorázové ozáření, může způsobovat smrt
2000 mSv
Velmi vážné jednorázové ozáření, při včasném lékařském zásahu nemusí znamenat smrt
4000 mSv
Velmi vážné jednorázové ozáření, které vede i při včasné léčbě ke smrti
8000 mSv
Vliv záření na obyvatelstvo
q Vnější ozáření – zdroje ionizujícího záření mimo
ozářenou osobu
q Vnitřní ozáření – zdroje záření se dostali do lidského
organizmu
o Inhalace (dýchání): aerosoly, 14CO2, 1H3HO
o Ingesce (potravou): přes rostliny a živočichy
Rozsah poškození při vnitřním ozáření
q Závisí od absorbované dávky záření
q Přírodní nuklidy 40K, 14C a 226Ra jsou v organizmu
přítomné ve stále koncentraci
q Nedochází k rovnoměrnému ozáření všech orgánů
(hromadění v určitých orgánech)
q Pokles aktivity v organizmu se řídí biologickým
poločasem
q Kritický orgán – orgán s největším ozářením
Download

PŘEDNÁŠKA: Záření kolem nás