Prezentacja II Laboratorium Fizyki BHP 2008 9


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
yródłem promieniowania jonizującego mogą być przemiany
promieniotwórcze (rozpad jąder atomowych lub reakcje jądrowe)
AA-44
X Y + He
promieniowanie ą ZZ -22
Cząstki ą są jądrami helu, jest to zatem promieniowanie
korpuskularne,
Poruszają się z dużymi prędkościami (ok. 107 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 ą jest
mało przenikliwe - w powietrzu jego zasięg wynosi zaledwie kilka
centymetrów.
Promieniowanie 
promieniowanie 
promieniowanie  to strumienie elektronów (-) lub pozytonów (+).
Jest to promieniowanie korpuskularne,
Elektrony powstają np. w wyniku przemiany neutronu w proton:
11
AA
n p + e- +
X Y + e- 01 e
ZZ +1
pozytony (antyelektrony) powstają np. w wyniku przemiany protonu w
neutron:
11
p n + e+ +e
AA
10
X Y + e+
ZZ -1
cząstki  posiadają duże prędkości (ok.. 3x107 m/s), ze względu na mniejszą
masę mają mniejszą energię kinetyczną i trochę słabiej od promieniowania ą
oddziałują z materią.
Ulegają odchyleniu w polu elektrycznym i magnetycznym.
Promieniowanie  jest bardziej przenikliwe niż ą(zasięg w powietrzu wynosi
kilka metrów).
Promieniowanie ł
promieniowanie ł
Promieniowanie ł jest falą elektromagnetyczną. W
większości przypadków promieniowanie ł towarzyszy
promieniowaniu ą lub .
Po emisji cząstek ą lub  jądra zostają w stanie wzbudzonym
i nadwyżka energii wypromieniowywana jest z jądra w
postaci promieniowania elektromagnetycznego.
Promieniowanie ł nie posiada ładunku, nie jest więc
odchylane przez pole elektryczne lub magnetyczne. Słabiej
niż ąlub  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= 3,71010 rozp/s
1 bequerel 1 Bq = 1 rozp/s
Prawo rozpadu: A(t)=A0e-t
stała rozpadu: 
czas połowicznego rozpadu T=ln2/
Podstawowe pojęcia dotyczące
preparatów promieniotwórczych
Dawka ekspozycyjna D
Dawka pochłonięta Dp
Równoważnik dawki H
Dawka ekspozycyjna D
Dawka ekspozycyjna D  jest miarą jonizacji, jaka zachodzi
w powietrzu pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego
(rentgenowskiego lub ł).
Jeżeli pod wpływem promieniowania X lub ł 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 = 2,5810-4 C/kg
Dawka pochłonięta Dp
Dawka pochłonięta Dp 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.
Dp = 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 Dp
gdzie: Q  współczynnik jakości promieniowania,
Dp  dawka pochłonięta w tkance lub narządzie.
Jednostka: sievert (1 Sv = 1 J/kg)
Promieniowanie Wartość Q
X, ł i  o energii powyżej 1
30 keV
  trytu 2
neutrony 25
neutrony termiczne 4,5
ą 25
Współczynnik jakości promieniowania
współczynniki wagowe
Szkodliwe następstwa promieniowania
Tkanka Współczynnik wT
zależą także od tego, czy
Gonady 0,20
napromienieniu poddane zostało całe
ciało, czy konkretne narządy.
Szpik kostny 0,12
Przy napromienieniu całego ciała lub
Jelito grube 0,12
kilku narządów posługujemy się
pojęciem efektywnego równoważnika
Płuca 0,12
dawki.
Żołądek 0,12
HE = Ł wT H
Pęcherz 0,05
gdzie: wT  współczynnik wagowy tkanki,
moczowy
H  średni równoważnik dawki w tkance
lub narządzie.
Gruczoły 0,05
Sumowanie przeprowadza się po
sutkowe
rodzajach pochłoniętego promieniowania
i po rodzajach napromienionych tkanek.
Wątroba 0,05
Współczynniki wagowe tkanki wT podane
Przełyk 0,05
są w tabeli obok.
Tarczyca 0,05
Skóra 0,01
Całe ciało 1,00
Czynniki minimalizujące dawkę
pochłoniętą
duża odległość (dawka jest odwrotnie
proporcjonalna do r2),
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  osłony z substancji
zawierających lekkie pierwiastki (np. Al)
dla promieniowania ł 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 zródłami
promieniowania)
B  osoby pracujące w sąsiedztwie zródeł
promieniowania
C  osoby przebywające w sąsiedztwie zakładów
(budynków) stosujących zródła promieniowania.
W doniesieniu do tych grup ustalone są największe
dopuszczalne dawki promieniowania jonizującego.
Dopuszczalne dawki - wartości
Kategoria Dopuszczalna dawka
Wartości dawek także
(w mSv)
w instrukcji
A 120
B 15
C 5
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)
błędy przypadkowe podlegają
rozkładowi normalnemu opisywanemu
funkcją Gaussa
miarą błędu pojedynczego pomiaru
podczas pomiarów bezpośrednich
pewnej wielkości jest odchylenie
standardowe est
est
xsr
wartość średnia z N pomiarów
odchylenie standardowe pojedynczego pomiaru
odchylenie standardowe wartości średniej
Błędy wielkości zależnych pośrednio od
wielkości mierzonych
Metoda różniczki zupełnej
Wielkość y zależy od
Wartość oczekiwana
wielkości x,z zgodnie ze
wielkości y wynosi
wzorem
wówczas:
y = f x, z
( )
y = f x0, z0
( )
Pojedyncze bezpośrednie
pomiary wielkości x i z
Błąd wartości równa
dają wartości
się
x0, z0
Oszacowane błędy tych
"f "f
wartości wynoszą "y = "x + "z
"x "z
x0 ,z0 x0 ,z0
"x, "z
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 (xi,yi), 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 "a i "b.
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 ą 10
b = 334 ą 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 (xi,yi), 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 "a i "b.
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 ą 10
b = 334 ą 4
Zaokrąglanie wyników
Jeśli znane są wartość poszukiwanej wielkości fizycznej a oraz jej błąd "a
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=3,237578899ą0,034513 [ohm]
Należy to zapisać
a= 3,238ą0,035 [ohm] (dwie cyfry znaczące błędu)
lub a= 3,24ą0,04 [ohm] (jedna cyfra znacząca błędu)


Wyszukiwarka