Podstawowe wiadomości o
promieniowaniu jonizującym i
zasadach ochrony radiologicznej

„

podpisanie listy na tym wykładzie,

„

kartkówka na I zajęciach (obowiązuje

materiał z instrukcji),

„

Instrukcja i inne szczegóły na stronie www

laboratorium labfiz1p.if.pw.edu.pl

Promieniowanie

jonizujące

Promieniowanie

jonizujące

Strumień

cząstek lub wiązka fal elektromagnetycznych

wywołujące

jonizację

ośrodka

materialnego, tj. oderwanie

przynajmniej

jednego

elektronu

od

atomu lub

cząsteczki.

Dla

organizmów

żywych

te

jony

mogą

być

szkodliwe, gdyż

prowadzi

to do

zakłócenia

przemian

biochemicznych

warunkujących

prawidłowe

funkcjonowanie

organizmu

i do zmian

strukturalnych

komórek.

Promieniowanie

jonizujące

powoduje

radiolizę

wody, czyli

jej

rozkład

na

jony

pod wpływem

promieniowania. W wyniku

tego

procesu

powstają

wolne

rodniki, które

mogą

reagować

ze

związkami

wchodzącymi

w skład

komórki,

powodując zakłócenia

w jej

funkcjonowaniu.

Rodzaje promieniowania jonizującego

Źródłem promieniowania jonizującego mogą

być

przemiany

promieniotwórcze (rozpad jąder atomowych lub reakcje jądrowe)

promieniowanie

α

„

Cząstki α są jądrami helu, jest to zatem promieniowanie

korpuskularne,

„

Poruszają się z dużymi prędkościami (ok. 10

7

m/s), niosą dużą

energię (kilka MeV), są naładowane dodatnio i dlatego łatwo

oddziałują z materią,

„

Ulegają odchyleniu w polu elektrycznym i magnetycznym,

„

Silne oddziaływanie z materią sprawia, że promieniowanie α jest

mało przenikliwe - w powietrzu jego zasięg wynosi zaledwie kilka

centymetrów.

4

4

2

2

A

A

Z

Z

X

Y

He

−

−

→

+

Promieniowanie

β

promieniowanie

β

„

promieniowanie β to strumienie elektronów (

β

-

) lub pozytonów (

β

+

).

Jest to promieniowanie korpuskularne,

„

Elektrony powstają np. w wyniku przemiany neutronu w proton:

„

pozytony (antyelektrony) powstają np. w wyniku przemiany protonu w

neutron:

„

cząstki β posiadają duże prędkości (ok.. 3x10

7

m/s), ze względu na mniejszą

masę mają mniejszą energię kinetyczną i trochę słabiej od promieniowania α

oddziałują z materią.

„

Ulegają odchyleniu w polu elektrycznym i magnetycznym.

„

Promieniowanie β jest bardziej przenikliwe niż α (zasięg w powietrzu wynosi

kilka metrów).

1

A

A

Z

Z

X

Y

e

−

+

→

+

1

1

0

1

e

n

p

e

ν

−

→

+

+

1

A

A

Z

Z

X

Y

e

+

−

→

+

1

1

1

0

e

p

n e

ν

+

→

+

+

Promieniowanie

γ

promieniowanie

γ

„

Promieniowanie γ jest falą elektromagnetyczną. W

większości przypadków promieniowanie γ towarzyszy

promieniowaniu α lub β.

„

Po emisji cząstek α lub β jądra zostają w stanie wzbudzonym

i nadwyżka energii wypromieniowywana jest z jądra w

postaci promieniowania elektromagnetycznego.

„

Promieniowanie γ nie posiada ładunku, nie jest więc

odchylane przez pole elektryczne lub magnetyczne. Słabiej

niż α lub β oddziałuje z materią i dlatego jego zasięg jest

duży.

Podstawowe pojęcia dotyczące
preparatów promieniotwórczych

„

Aktywność preparatu:

liczba rozpadów

promieniotwórczych w danym preparacie na sekundę.

jednostki:

1 kiur

1 Ci= 3,7·10

10

rozp/s

1 bequerel

1 Bq = 1 rozp/s

Prawo rozpadu:

A(t)=A

0

e

-

λt

‰

stała rozpadu:

λ

‰

czas połowicznego rozpadu T

½

=ln2/

λ

Podstawowe pojęcia dotyczące
preparatów promieniotwórczych

„

Dawka ekspozycyjna D

„

Dawka pochłonięta D

p

„

Równoważnik dawki H

Dawka ekspozycyjna D

„

Dawka ekspozycyjna

D

– jest miarą jonizacji, jaka zachodzi

w powietrzu pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego

(rentgenowskiego lub γ).

Jeżeli pod wpływem promieniowania X lub γ

w elemencie objętości

powietrza o masie dm powstał ładunek dQ jonów jednego znaku, to

dawką

ekspozycyjną

X nazywamy stosunek:

D

= dQ/dm

gdzie –

dQ jest bezwzględną

wartością

sumy ładunków jonów

jednego znaku wytworzonych w warunkach równowagi

elektronowej, tzn. gdy wszystkie jony dodatnie i elektrony

wytworzone w elemencie objętości o masie dm w nim pozostają.

Jednostki:

1 C/kg

1 rentgen

1 R = 2,58·10

-4

C/kg

Dawka pochłonięta D

p

„

Dawka pochłonięta

D

p

– jest miarą pochłaniania

promieniowania przez różne materiały.
Jest ona zdefiniowana jako energia, jaką

traci

promieniowanie (a pochłania ośrodek, przez który

promieniowanie przechodzi), przypadająca na jednostkę

masy tego ośrodka.

D

p

= dE/dm

gdzie: dE - jest średnią

energią

promieniowania

jonizującego przekazaną

materii o masie dm.

„

Jednostki: grej (Gy)

1 Gy = 1 J/kg

rad (rd)

1 rd

= 0,01 Gy

(dawniej używana)

Równoważnik dawki H

„

Równoważnik dawki jest to dawka pochłonięta w danej tkance

lub narządzie z uwzględnieniem skutków biologicznych

wywołanych przez różne rodzaje promieniowania.

Równoważnik dawki można obliczyć

ze wzoru:

H = Q ·

D

p

gdzie: Q –

współczynnik jakości promieniowania,

D

p

–

dawka pochłonięta w tkance lub narządzie.

Jednostka: sievert

(1 Sv

= 1 J/kg)

Promieniowanie

Wartość

Q

X, γ

i β

o energii powyżej

30 keV

β

– trytu

neutrony
neutrony termiczne
α

1

2

25

4,5

25

Współczynnik jakości promieniowania

„

Szkodliwe następstwa promieniowania

zależą także od tego, czy

napromienieniu poddane zostało całe

ciało, czy konkretne narządy.

„

Przy napromienieniu całego ciała lub

kilku narządów posługujemy się

pojęciem

efektywnego równoważnika

dawki.

H

E

= Σ

w

T

H

gdzie: w

T

– współczynnik wagowy tkanki,

H –

średni równoważnik dawki w tkance

lub narządzie.

„

Sumowanie przeprowadza się po

rodzajach pochłoniętego promieniowania

i po rodzajach napromienionych tkanek.

„

Współczynniki wagowe tkanki w

T

podane

są w tabeli obok

.

Tkanka

Współczynnik w

T

Gonady

0,20

Szpik kostny

0,12

Jelito grube

0,12

Płuca

0,12

Żołądek

0,12

Pęcherz
moczowy

0,05

Gruczoły
sutkowe

0,05

Wątroba

0,05

Przełyk

0,05

Tarczyca

0,05

Skóra

0,01

Całe ciało

1,00

współczynniki wagowe

Czynniki minimalizujące dawkę

pochłoniętą

„

duża odległość (dawka jest odwrotnie

proporcjonalna do r

2

),

‰

stosowanie manipulatorów do obsługi preparatu

„

krótki czas (dawka jest proporcjonalna do t)

‰

wyjęcie preparatów z pojemników tylko na czas

pomiaru

„

stosowanie osłon osłabiających promieniowanie

‰

dla promieniowania

β osłony z substancji

zawierających lekkie pierwiastki (np. Al)

‰

dla promieniowania

γ osłony z pierwiastków

ciężkich (np. ołów)

Dawki dopuszczalne -

zasady

„

Ze względu na możliwość kontaktu z promieniowaniem

wyróżnia się trzy kategorie osób:

‰

A – osoby bezpośrednio narażone na promieniowanie ze

względu na wykonywany zawód (kontakt ze źródłami

promieniowania)

‰

B – osoby pracujące w sąsiedztwie źródeł

promieniowania

‰

C – osoby przebywające w sąsiedztwie zakładów

(budynków) stosujących źródła promieniowania.

„

W doniesieniu do tych grup ustalone są największe

dopuszczalne dawki promieniowania jonizującego.

Dopuszczalne dawki -

wartości

Kategoria

Dopuszczalna dawka

(w mSv)

A

120

B

15

C

5

Wartości dawek także
w instrukcji

Postępowanie w nagłych przypadkach

„

natychmiastowe powiadomienie obsługi
Laboratorium,

„

podporządkowanie się odpowiednim
procedurom opisanym w instrukcji w
Laboratorium

inne szczegóły w Laboratorium

Podstawy opracowania
wyników

Więcej na ten temat w instrukcji na
stronie www

Pomiar fizyczny: wynik i błąd

„

Bezpośrednim celem ćwiczeń jest :

‰

samodzielne wykonanie pomiarów pewnych wielkości

fizycznych,

‰

opracowanie wyników tych pomiarów,

włączając rachunek

błędów

,

‰

przedyskutowanie wyników oraz

‰

sporządzenie raportu.

„

Celem pośrednim jest zaznajomienie z wybranymi

zagadnieniami fizyki oraz z metodologią

eksperymentu fizycznego.

Pomiar fizyczny: wynik i błąd

„

Każdy pomiar wielkości fizycznej jest obarczony
pewną niedokładnością (błędem pomiarowym)

„

Celem pomiaru powinno być dążenie do
minimalizacji tego błędu dzięki m.in.:

‰

starannemu wykonaniu pomiaru,

‰

użyciu przyrządów odpowiedniej klasy,

‰

wykonaniu serii pomiarów zamiast jednego,

‰

itp....

Pomiar fizyczny: wynik i błąd

„

Wyróżnia się trzy główne klasy błędów
pomiarowych:

‰

błędy grube

(czyli oczywiste pomyłki),

‰

błędy przypadkowe

(statystyczny rozrzut wyników

wielu pomiarów tej samej wielkości)

‰

błędy systematyczne

(czyli związane np. z

niedokładnością aparatury)

Postępowanie z błędami
pomiarowymi

„

Wyniki obarczone

błędem grubym

usuwamy i nie uwzględniamy

w analizie wyników

„

W przypadku

błędów przypadkowych

(czyli rozrzutu wyników)

podczas pomiarów bezpośrednich pewnej wielkości miarą

statystyczną błędu pojedynczego pomiaru jest odchylenie

standardowe czyli pierwiastek kwadratowy z wariancji danego

zbioru wyników.

Błędy przypadkowe
(statystyczny rozrzut wyników pomiaru)

ƒ

błędy przypadkowe podlegają

rozkładowi normalnemu opisywanemu

funkcją Gaussa

ƒ

miarą błędu pojedynczego pomiaru

podczas pomiarów bezpośrednich

pewnej wielkości jest odchylenie
standardowe

σ

est

wartość

średnia z N pomiarów

odchylenie standardowe pojedynczego pomiaru

x

sr

σ

est

odchylenie standardowe wartości średniej

Błędy wielkości zależnych pośrednio od
wielkości mierzonych

Metoda różniczki zupełnej

„

Wielkość y zależy od
wielkości x,z zgodnie ze
wzorem

„

Pojedyncze bezpośrednie
pomiary wielkości

x

i

z

dają wartości

„

Oszacowane błędy tych
wartości wynoszą

0

0

0

0

,

,

x z

x z

f

f

y

x

z

x

z

∂

∂

Δ =

Δ +

Δ

∂

∂

0

0

,

x z

( )

,

y

f x z

=

„

Wartość oczekiwana
wielkości

y

wynosi

wówczas:

„

Błąd wartości <

y

>

równa

się

(

)

0

0

,

y

f x z

=

,

x

z

Δ Δ

Opracowanie wyników pomiarów w
przypadku zależności liniowej –

metoda

regresji liniowej

Dotyczy to sytuacji, gdy zależność

funkcyjna między dwiema mierzonymi

wielkościami x i y jest liniowa tzn. y(x)=ax+b, gdzie a i b pewne stałe.

W przypadku, gdy mamy szereg punktów pomiarowych (x

i

,y

i

), gdzie i=1,...N,

parametry a i b

można wyznaczyć

metodą

regresji liniowej (inaczej zwaną

metodą

najmniejszej sumy kwadratów). Metoda ta pozwala na obliczenie

także błędów tych parametrów, czyli odpowiednio

Δa

i

Δb.

Przykład. Liniowa zależność

pV

od 1/V dla gazu

Punkty pomiarowe oraz prosta dopasowania
y=ax+b
Tutaj:

x –

1/V

y –

pV

Mierzone są

pary wielkości pV

i 1/V.

a = -49 ±

10

b = 334 ±

4

Opracowanie wyników pomiarów w
przypadku zależności liniowej –

metoda

regresji liniowej

Dotyczy to sytuacji, gdy zależność

funkcyjna między dwiema mierzonymi

wielkościami x i y jest liniowa tzn. y(x)=ax+b, gdzie a i b pewne stałe.

W przypadku, gdy mamy szereg punktów pomiarowych (x

i

,y

i

), gdzie i=1,...N,

parametry a i b

można wyznaczyć

metodą

regresji liniowej (inaczej zwaną

metodą

najmniejszej sumy kwadratów). Metoda ta pozwala na obliczenie

także błędów tych parametrów, czyli odpowiednio

Δa

i

Δb.

Przykład. Liniowa zależność

pV

od 1/V dla gazu

Punkty pomiarowe oraz prosta dopasowania
y=ax+b
Tutaj:

x –

1/V

y –

pV

Mierzone są

pary wielkości pV

i 1/V.

a = -49 ±

10

b = 334 ±

4

Zaokrąglanie wyników

Jeśli znane są

wartość

poszukiwanej wielkości fizycznej a

oraz jej błąd

Δa

należy te informacje odpowiednio zapisać.
Należy pamietać, by:
- zapisać

odpowiednie jednostki

- wartość

błędu ograniczyć

do 2 cyfr znaczących (czasami 1 cyfry znaczącej),

- zawsze zaokrąglić

go w górę,

- wartość

mierzonej wielkości ograniczyć

do tej dokładności jaką

ma błąd;

Przykład
Z kalkulatora lub komputera mamy wynik

a=3,237578899±0,034513 [ohm]

Należy to zapisać
a= 3,238±0,035 [ohm]

(dwie cyfry znaczące błędu)

lub a= 3,24±0,04 [ohm]

(jedna cyfra znacząca błędu)