Czynniki fizyczne

środowiska bytowania

człowieka cz.1

Promieniowanie elektromagnetyczne

jonizujące i niejonizujące –

podział, charakterystyka, źródła

Środowis

ko

Czynniki abiotyczne

Czynniki biotyczne

• ukształtowanie powierzchni
terenu,

• typ gleby,

• czynniki chemiczne,

• klimat,

• wilgotność powietrza,

• temperatura,

• światło,

• ciśnienie atmosferyczne,

• promieniowanie i jonizacja
powietrza

• mikroorganizmy,

• makroorganizmy:

• rośliny

• zwierzęta

• bezkręgowce,

• kręgowce

Zanieczyszczenia

środowiska

• Zanieczyszczenie powietrza
SO

2

, NO

x

, CO, Pb, pyły

• Zanieczyszczenia wody:
pestycydy, węglowodory aromatyczne, fenole, metale

ciężkie

• Zanieczyszczenia gleby
metale ciężkie, nawozy sztuczne
• Skażenia promieniotwórcze
awarie urządzeń jądrowych, wybuchy bomb atomowych
• Zanieczyszczenie hałasem
• Zanieczyszczenie krajobrazu
• Zanieczyszczenie światłem

Główne czynniki fizyczne wpływające

na organizm człowieka

•Promieniowanie

elektromagnetyczne

•Hałas

•Wibracje

•Oświetlenie

Atom (z gr. atomos: "niepodzielny") –

najmniejszy składnik materii, któremu

można przypisać właściwości

chemiczne

Protony

Jądro atomowe

Neutrony

Chmura elektronowa

Na

24

11

Cl

35

17

X

A

Z

Z

liczba atomowa

A

liczba masowa

Izotopy - atomy tego samego

pierwiastka mające tę samą liczbę

protonów w jądrze

• Izotopy tego samego pierwiastka na ogół mają

zbliżone własności fizyczne i chemiczne

• Pierwiastki występują naturalnie zwykle jako

mieszanina izotopów

Podział izotopów

I podział izotopów:
• trwałe np. izotopy sodu i magnezu,
• nietrwałe np. izotopy molibdenu i uranu,
II podział izotopów:
• naturalne np. tryt i izotop platyny
• sztuczne np. izotopy siarki i krzemu
III podział izotopów:
• izotopy pierwotne, których czas półrozpadu ma

wartość przekraczającą 0,5 mld lat. Np.

40

K,

238

U,

232

Th

• izotopy wtórne np.:

226

Ra,

228

Ra,

222

Rn,

220

Rn,

210

Pb

• pierwiastki kosmogenne np.:

14

C,

7

Be,

10

Be,

3

H

Promieniowanie

Promieniowanie to wysyłanie i

przekazywanie energii na odległość

• Promieniowania
elektromagnetyczne

• Promieniowania korpuskularne

Promieniowanie

elektromagnetyczne

Wielkości charakteryzujące falę

• długość fali - odległość między sąsiednimi punktami,

w których pole magnetyczne i elektryczne jest takie
samo

• częstotliwość – liczba pełnych zmian pola

magnetycznego i elektrycznego w ciągu jednej sekundy

Długość fali

Ruch fali

Pole magnetyczne

Pole elektryczne

Podział promieniowania

elektromagnetycznego

(ze względu na częstotliwość)

Podział promieniowania

elektromagnetycznego

(ze względu na charakter)

1. Promieniowanie cieplne

Przykładem jest promieniowanie podczerwone

2. Promieniowanie hamowania

Przykładem jest promieniowanie rentgenowskie

3. Promieniowanie synchrotronowe

Zawiera typowo pasma podczerwone, widzialne,

ultrafioletu oraz promieniowania X

Podział promieniowania

elektromagnetycznego

(ze względu na sposób

oddziaływania)

10

20

10

18

10

16

10

15

10

12

10

8

10

4

Fale

radiowe

Mikrofale

Podczerwień

Światło

widzialne

Ultrafiolet

Promienie.

X

Częstotliwość

[Hz]

Promienie.

gamma

1.Promieniowanie jonizujące – obejmuje
najwyższe zakresy częstotliwości
i najmniejsze zakresy długości fal

2. Promieniowani niejonizujące –
obejmuje najniższe zakresy częstotliwości
i największe zakresy długości fal

Promieniowanie

elektromagnetyczne

jonizujące

Promieniowanie

jonizujące

Promieniowanie gamma

Atom obojętny

Kation

Elektron

Jonizacja to zjawisko odrywania elektronów od atomu.

W jego wyniku z obojętnego elektrycznie atomu powstaje

naładowany dodatnio jon i elektron

promieniowanie X

promieniowanie γ

promieniowanie α

promieniowanie β

promieniowanie

neutronowe

Źródła promieniowania

jonizującego

1. Naturalne źródła promieniowania jonizującego:

• Promieniowanie kosmiczne
W wyniku tego promieniowania powstają głównie tryt, beryl i

14

C

• Promieniotwórcze izotopy pierwiastków zawarte w skorupie
ziemskiej

–

Promieniowanie radonu, głównie w domach

Okres połowicznego rozpadu tego pierwiastka wynosi 4 dni
W Polsce od 1995 r. obowiązuje zakaz oddawania do użytku
mieszkań, w których efektywne stężenie równowagi radonu
przekroczy 200 Bq/m

3

• Izotopy naturalne w organizmie –

40

K,

14

C i

3

H

• Żywność i woda pitna –

- buraki ćwikłowe – izotop rubidu

87

Rb,

- mięso ryb – izotopy uranu i niklu
- wody lecznicze – izotop radonu

Źródła promieniowania

jonizującego

2. Sztuczne źródła promieniowania

jonizującego:

• Diagnostyka medyczna
• Radioizotopy stosowanie w medycynie,

przemyśle, rolnictwie, badaniach naukowych,

• Reaktory jądrowe – eksplozje i awarie reaktorów,
• Próbne wybuchy jądrowe,
• Odpady promieniotwórcze,
• Górnictwo i przeróbka rud uranu,
• Niektóre nawozy mineralne,
• Niektóre przedmioty codziennego użytku

Udział różnych źródeł promieniowania

jonizującego w średniej dawce skutecznej

otrzymanej przez statystycznego

mieszkańca Polski w 2006 roku

Promieniowanie korpuskularne

• Cząstki, o masie spoczynkowej większej

od zera zdolne do zjonizowania ośrodka

• Najczęściej spotykanymi cząstkami są:

1.

Cząstki α

2.

Elektrony (β

-

) i ich antycząstki pozytony (β

+

)

3.

Neutrony

4.

Protony

5.

Inne rodzaje promieniowania korpuskularnego

Cząstki α

są emitowane podczas rozpadu

promieniotwórczego α

Cząstka α

Jądro

Jądro z pomniejszoną o dwa liczbą

protonów i neutronów

Ogólny schemat reakcji

He

Y

X

A

Z

A

Z

4

2

4

2









W ten sposób rozpadają się jądra pierwiastków ciężkich, o stosunkowo

dużej masie atomowej. Przykładowymi źródłami izotopowymi cząstek

alfa są: polon (Po), rad (Ra), pluton (Pu), tor (Th) i uran (U)

Elektrony β

-

Rozpadowi β

-

towarzyszy emisja promieniowania beta

(elektronów), promieniowania γ i antyneutrin elektronowych

A, B- jądra pierwiastków chemicznych

C - elektron

e

v

e

p

n













e

A

Z

A

Z

v

e

Y

X













1

Przykłady izotopów,
które ulegają
rozpadowi β

-

:

Co-60, Na-24, C-14, H-3

D - antyneutrino elektronowe

Ogólny schemat reakcji

Elektrony β+

A, F- jądra pierwiastków

chemicznych

C - pozyton

D - neutrino elektronowe

e

v

e

n

p

energia













e

A

Z

A

Z

v

e

Y

X









 1

Ogólny schemat reakcji

Przykłady
izotopów,

które ulegają

rozpadowi β

+

:

11

C,

13

N,

15

O,

18

F i

22

Na.

Który z rozpadów promieniotwórczych β – β

+

czy β

-

występuje częściej?

Przenikliwość różnych typów promieniowania

alfa

beta

gamma

papier

aluminium

ołów

Szereg promieniotwórczy - zespół

pierwiastków promieniotwórczych

powstający w wyniku następujących po sobie

rozpadów

Rozpad promieniotwórczy β

Rozpad promieniotwórczy α

Izotop trwały

Izotop promieniotwórczy o długim okresie półtrwania

209

Bi

206

Pb

207

Pb

208

Pb

Rodzaje szeregów

promieniotwórczych

1. szereg promieniotwórczy uranowo-radowy

Rodzaje szeregów

promieniotwórczych

2. szereg promieniotwórczy torowy

Rodzaje szeregów

promieniotwórczych

3. szereg promieniotwórczy uranowo-aktynowy

Rodzaje szeregów

promieniotwórczych

4. szereg promieniotwórczy neptunowy

Reguła

Soddy’ego-Fajansa

β

-

β

+

α

Promieniowanie gamma

nie powoduje zmian w jądrze

największa częstotliwość

najmniejsza długość fali

Źródła promieniowania

gamma

1. Przemiana jądrowa

Źródła promieniowania

gamma

2. Reakcja

syntezy

Źródła promieniowania

gamma

3. Anihilacja

Diagram Feynmana
przedstawiający anihilację
elektronu z pozytonem.
Powstaje foton, który
następnie produkuje parę
kwark-antykwark.
Antykwark emituje gluon.

Zastosowanie promieniowania

gamma

• Bomba kobaltowa stosowana w:

– lecznictwie
– defektoskopii
– sterylizacji żywności
– chemii radiacyjnej

• Diagnostyka nowotworów
• Pomiar grubości np. papieru, blach
• Geologia otworowa
• Badanie procesów przemysłowych

Aktywność promieniotwórcza -

tempo rozpadu jąder

promieniotwórczych

dt

dN

t

N

t

A







)

(

)

(



λ – stała rozpadu

promieniotwórczego

N(t) – liczba jąder

radionuklidu w chwili t

Jednostki aktywności

promieniotwórczej

Curie (Ci)

1 Ci

1g Ra

Szybkość

rozpadu

1 Ci

3,7·10

10

/ s

Szybkość

rozpadu

Jednostki aktywności

promieniotwórczej

GBq

Bq

Ci

37

1010

7

,

3

1







1

1

1



 s

Bq

Szybkość

rozpadu

Jednostka

bardzo mała

Bekerel (Bq)

Próbka o aktywności 1 Bq

1 rozpad/s

1 Bq

Okres połowicznego rozpadu

nie zależy od otoczenia chemicznego

t

e

A

A









0

Okres połowicznego rozpadu

średni czas, po którym połowa jąder danego

pierwiastka ulegnie przemianie

N – liczba jąder które uległy rozpadowi

t - czas

N

0

– pierwotna liczba jąder

λ – stała rozpadu

Aktywność pierwiastka

zmniejsza się o połowę

2

1

2

1

693

,

0

2

ln

T

T







Okres połowicznego

rozpadu

A

(t

)

-

a

kt

yw

n

o

ść

(

lic

zb

a

r

a

d

io

a

kt

y

w

n

y

ch

j

ą

d

e

r)

t - czas

Atomy radioaktywne

Atomy stabilne

Pierwiast

ek

T½

5

Li

3,047·10

-22

s

17

F

64,7 s

11

C

20,3 min

211

Rn

14,6 godz

65

Zn

244,26 dni

242

Am

100 lat

226

Ra

1599 lat

238

U

4,46 mld lat

128

Te

2,2·10

24

lat

Promieniowanie

rentgenowskie - historia

• 1895 r. – W. C. Röentgen odkrył

promieniowanie X

• 1897 r. – odkrycie zjawiska

promieniotwórczości przez Becquerel’a i
obszerniejsze wyjaśnienie go przez
Skłodowską-Curie

• 1903 r. – Nagroda Nobla z fizyki dla Marii i

Piotra Curie oraz dla Henri’ego Becquerel’a
za odkrycie zjawiska promieniotwórczości

Promieniowanie

rentgenowskie

i jego podział

Podział

promieniowania
rentgenowskiego:

• Twarde promieniowanie

rentgenowskie

(λ = 5 pm-100 pm)
• Miękkie promieniowanie

rentgenowskie

(λ = 0,1 nm-10 nm)

Własności promieni X

• wszelkie substancja są dla promieni X

przejrzyste

• są niewidzialne, ale wywołują fluorescencję
• wywołują jonizację powietrza
• w próżni mają prędkość światła
• rozchodzą się po liniach prostych
• powodują utratę ładunku
• nie są odbijane i załamywane, nie można

ich skupić za pomocą soczewek

Źródła promieniowania

rentgenowskiego

1.Lampy rentgenowskie

(napięcie anodowe przyspiesza emitowane przez katodę

elektrony, nadając im dużą energię kinetyczną)

wyhamowanie i odbicie elektronu

przez atom W

wybicie przez elektron

elektronu atomu W

Źródła promieniowania

rentgenowskiego

Emisja kwantu

promieniowania X

Spadek elektronów

z wyższych powłok

Jądro przechwytuje elektron

z powłoki K

2. Wychwyt elektronu

Źródła promieniowania

rentgenowskiego

3. Poruszające się po okręgu elektrony

w synchrotronach

(promieniowanie synchrotronowe)

Taśma klejąca a

promieniowanie

rentgenowskie

• możliwość wielokrotnego wykorzystywania taśmy

• brak potrzeby zatrudniania licznego personelu

• większe bezpieczeństwo i niższe koszty eksploatacji

Podczas odrywania fragmentów taśmy klejącej powstaje

wystarczająca dawka promieni X, by wykonać zdjęcie kości palca

lub całej dłoni

Zalety

Zastosowanie promieniowania X

• Defektoskopia
• Analiza rentgenospektralna
• Fizyka jądrowa
• Astronomia
• Przemysł (działanie bakteriobójcze)

Zastosowanie promieniowania X w

medycynie

• Zdjęcia rentgenowskie

• Tomografia komputerowa

• Angiografia

• Radioterapia

Promieniowanie

elektromagnetyczne

niejonizujące

Promieniowanie elektromagnetyczne

niejonizujące

• Energie charakteryzujące pola elektromagnetyczne

niejonizujące nie powodują jonizacji cząstek materii

• Podział pól elektromagnetycznych w zależności od

częstotliwości

– pola stałe (0-1 Hz)
– pola wolnozmienne (1-300 Hz)
– pola szybkozmienne (300 Hz – 300 GHz)

• Zakresy widma promieniowania

elektromagnetycznego niejonizującego

– Optyczny rozciągający się od 1 mm do 100 nm
– Radiowy rozciągający się od fal najdłuższych do

długości 1 mm

Źródła pól elektromagnetycznych

niejonizujących

1. Naturalne

– promieniowanie słoneczne
– promieniowanie kosmiczne
– pole elektromagnetyczne kuli ziemskiej

2. Sztuczne

– sztuczne źródła stałych i wolnozmiennych

pól elektromagnetycznych

– sztuczne źródła szybkozmiennych pól

elektromagnetycznych – ogólnie

urządzenie telekomunikacyjne i

radiolokacyjne

Promieniowanie

optyczne

 promieniowanie podczerwone

(IR – infrared radiation)

 promieniowanie widzialne

(VR – visible radiation)

 promieniowanie ultrafioletowe

(UV – ultrafiolet radiation)

Promieniowanie

podczerwone

Każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego
emituje promieniowanie cieplne

Podzakresy promieniowania podczerwonego

pro

mi

en

iow

an

ie

po

dc

ze

rw

on

e

bli

ski

e

pro

mi

en

iow

an

ie

po

dc

ze

rw

on

e

śre

dn

ie

pro

mi

en

iow

an

ie

po

dc

ze

rw

on

e

da

lek

ie

pro

mi

en

iow

an

ie

po

dc

ze

rw

on

e

su

bm

ilim

etr

ow

e

długość fali

Źródła promieniowania

podczerwonego

1. Naturalne

• Słońce

– szerokość geograficzna

– wysokość nad poziomem morza

• energia wnętrza Ziemi

– rzeźba terenu

– rodzaj powierzchni

2. Sztuczne

• urządzenie przetwarzające inne rodzaje energii

w energię cieplną

• rozgrzane elementy procesu technologicznego

• urządzenia wykorzystujące aktywną energii z

zakresu podczerwieni

Promieniowanie podczerwone -

zastosowanie

• Noktowizja: bierna i czynna
• Pomiar odległości
• Przekaz danych w światłowodzie
• Zdjęcia satelitarne
• Spektroskopia IR
• Obserwacja kosmosu
• Badanie historii obrazu malarskiego

Promieniowanie

ultrafioletowe

Techniczny podział

promieniowania ultrafioletowego

 daleki ultrafiolet

 bliski ultrafiolet

Promieniowanie ultrafioletowe

Podział promieniowania ultrafioletowego ze względu

na działanie na człowieka

UV-C

 nie dociera do powierzchni Ziemi

 w niewielkim stopniu (1%) dociera

do powierzchni Ziemi

UV-A

UV-B

długość

fali

Źródła promieniowania

ultrafioletowego

1. Naturalne
• Słońce - emituje ultrafiolet w zakresie
UV-A, UV-B i UV-C
2. Sztuczne
• źródła żarowe i łukowe

• źródła wyładowcze w gazach

Zastosowanie

promieniowania

ultrafioletowego

• Dezynfekcja
• Zastosowanie kosmetyczne - solaria
• Zastosowanie medyczne

– leczenie żółtaczki u nowowrodków
– choroba gośćcowa
– krzywica
– anemia
– leczenie laryngologiczne
– leczenie łuszczycy
– przewlekłe zapalenie oskrzeli
– trądzik pospolity

• Uzdatnianie wody pitnej
• Fluorescencja substancji

Fale radiowe

Źródła fal radiowych:

• naturalne

– gwiazdy

– radiogalaktyki

– wyładowania atmosferyczne

• sztuczne

– zamierzone: nadajnik radiowy
– zakłócenia: silniki komutatorowe,

komputery, kuchenka mikrofalowa

Pasma fal radiowych

Fale bardzo długie

Fale długie

Fale średnie

Fale krótkie

Fale ultrakrótkie

Częstotliwość

Długość

fali

Literatura

• Aniołczyk H.: „Pola elektromagnetyczne. Źródła – oddziaływanie – ochrona” – Oficyna

Wydawnicza Instytutu Medycyny Pracy im. prof. Jerzego Nofera, Łódź, 2000

• Błoński M.: „Osobista elektrownia atomowa”

• Byczewska Z. i Dawydzik L.: „Medycyna pracy w praktyce lekarskiej” – Oficyna

Wydawnicza Instytutu Medycyny Pracy im. prof. Jerzego Nofera, Łódź, 1999

• Indulski J.A.: „Higiena pracy. Zagrożenia fizyczne i biologiczne. Działania ochronne”,

tom II – Oficyna Wydawnicza Instytutu Medycyny Pracy im. prof. Jerzego Nofera, Łódź,

1999

• http://www.postcarbon.pl/2008/01/05/elektrownie-atomowe/

• http://library.thinkquest.org/19662/high/pol/nuclear-reactor.html

• http://chemia.viii-lo.krakow.pl/energetyka/

• http://www.iwiedza.net/encyklo/jleter.html

• www.energy15.republika.pl

• www.iwiedza.net/encyklo

• www.if.pw.edu.pl/.../zal03/sobolewski/praca1.htm

Dziękuję za

uwagę