1. Prawo rozpadu promieniotwórczego, prawo określające zmianę w czasie ilości jąder substancji promieniotwórczej na skutek rozpadu promieniotwórczego.

Określa je równanie różniczkowe (zgodne z równaniem dla reakcji kinetycznych I rzędu) postaci:

-dN(t)/dt = λN(t),

gdzie: N(t) - chwilowa liczba jąder danego izotopu promieniotwórczego, λ - stała rozpadu.

Lewą stronę tego równania nazywa się aktywnością (aktywność źródła promieniotwóczego), znak minus wynika z ujemnej wartości pochodnej dN/dt. Jako prawo rozpadu promieniotwórczego traktuje się często wymiennie rozwiązanie przytoczonego równania postaci:

N(t) = N_o{exp(-λt)} = N_o{exp[-(ln2)t/T_1/2]},

gdzie: N_o - początkowa liczba jąder danego izotopu, T_1/2 - czas połowicznego zaniku danego izotopu.

Bardziej złożone wyrażenia opisują rozpady sekwencyjne (równowaga promieniotwórcza).

Rozpad promieniotwórczy, zjawisko spontanicznej przemiany jądra atomowego danego izotopu w inne jądro. Podstawową własnością rozpadu promieniotwórczego jest brak wpływu fizykochemicznych czynników zewnętrznych na proces. Rozpad promieniotwórczy zachodzi zgodnie z kinetyką I rzędu.
Ze względu na rodzaj przemiany zachodzącej w jądrze i towarzyszące mu zjawiska wyróżnia się: rozpad alfa, rozpady beta (beta plus lub beta minus), wychwyt elektronu, rozszczepienie jądra atomowego i inne, np. rozpad protonowy, hipotetyczny rozpad podwójny beta itp.
Ogólne zasady rozpadu promieniotwórczego odnoszą się również do przejść izomerycznych (izomeria jądrowa) zachodzących bez przekształcenia się jądra w jądro innego izotopu. Niezależnie od rodzaju procesu fizycznego prowadzącego do rozpadu promieniotwórczego zjawisko podlega prawu rozpadu promieniotwórczego, oraz regule przesunięć Soddy'ego i Fajansa.
Naturalne rozpady promieniotwórcze są obserwowane m.in. w szeregach promieniotwórczych.

2. Rozpad beta – jeden z typów reakcji rozpadu jądra. Jest to przemiana jądrowa, której skutkiem jest przemiana nukleonu w inny nukleon, zachodząca pod wpływem oddziaływania słabego. Wyróżnia się dwa rodzaje tego rozpadu: rozpad (beta minus) oraz rozpad (beta plus). W wyniku tego rozpadu zawsze wydzielana jest energia, którą unoszą produkty rozpadu. Część energii rozpadu może pozostać zmagazynowana w jądrze w postaci energii jego wzbudzenia, dlatego rozpadowi beta towarzyszy często emisja promieniowania gamma.
Rozpad polega na przemianie jądrowej, w wyniku której neutron zostaje zastąpiony protonem. Oddziaływanie ma miejsce poprzez emisję bozonu pośredniczącego przez jeden z kwarków d neutronu. rozpada się następnie na elektron i antyneutrino elektronowe według schematu:

W rezultacie w wyniku rozpadu beta minus powstaje elektron i antyneutrino elektronowe. Rozpad może zachodzić również dla swobodnego neutronu.

Rozpad β⁺
Rozpad polega na przemianie protonu w neutron wewnątrz jądra. Reakcja zachodzi poprzez emisję bozonu , który rozpada się na pozyton oraz neutrino elektronowe. Ogólne równanie tej przemiany ma postać

gdzie X i Y są jądrami – początkowym i końcowym, A oznacza liczbę nukleonów w jądrze a Z – liczbę protonów w jądrze początkowym.

Beta rozpad, rozpad jądra promieniotwórczego, w wyniku którego z jądra emitowany jest (rozpad beta minus) elektron (negaton) i antyneutrino elektronowe lub (rozpad beta plus) pozyton i neutrino elektronowe.
W pierwszym przypadku liczba atomowa Z nowo powstałego jądra jest większa o jeden od Z jądra macierzystego, w drugim - zmniejsza się o jeden. Liczba masowa jądra A nie ulega zmianie w rozpadzie beta. Odkryto też odwrotny rozpad beta, tzn. reakcję zmiany Z jądra wywołaną oddziaływaniem neutrina (lub antyneutrina) z emisją cząstki beta jako produktu reakcji.
Rozpad β obserwuje się również dla cząstek elementarnych, np. rozpad neutronu na proton, elektron i antyneutrino elektronowe. Ze względu na emisję dwóch ciał (cząstka beta i neutrino) z jądra w rozpadzie beta obserwuje się ciągłe widmo energii emitowanych cząstek beta o, typowej dla danego rozpadu, energii maksymalnej. Rozpady beta zachodzą poprzez oddziaływanie słabe.

ROZPAD BETA NA PRZYKŁADZIE 137Cs

Wychwyt elektronu, wychwyt jądrowy elektronu, wychwyt K, przemiana jądrowa będąca jedną z form rozpadu beta (b^--beta minus). Polega na wniknięciu jednego z elektronów wewnętrznej powłoki elektronowej atomu (najczęściej z najbardziej wewnętrznej powłoki K) do jądra atomowego, w wyniku czego jeden z protonów zamienia się w neutron, a z jądra emitowane jest neutrino elektronowe.

Wychwyt elektronu jest procesem alternatywnym do rozpadu beta plus (b⁺). W obu liczba porządkowa z jądra zmniejsza się o jeden, liczba masowa pozostaje bez zmian. Zachodzi najczęściej dla stosunkowo ciężkich jąder. W przypadku izotopów promieniotwórczych, rozpadających się przez wychwyt elektronu, obserwuje się nieznaczne różnice czasu połowicznego zaniku, zależnie od związku, w jakim izotop występuje (wiązanie chemiczne wpływa na prawdopodobieństwo wniknięcia elektronu do jądra).
Wychwytowi elektronu towarzyszy zazwyczaj emisja elektronów Augera (samojonizacja) oraz emisja promieniowania rentgenowskiego. Zjawisko odkrył w 1938 L.W. Alvarez.

WYCHWYT K NA PRZYKŁADZIE 133Ba

3. Dawka – ilość substancji chemicznej lub promieniowania podana, pobrana lub wchłonięta do organizmu określoną drogą, warunkująca brak lub wystąpienie określonych efektów biologicznych, wyrażonych odsetkiem organizmów odpowiadających na tę dawkę.
Zwykle dawka jest wyrażona w jednostkach wagowych na masę lub powierzchnię ciała, niekiedy dodatkowo na dobę.

Dawka promieniowania – zasadnicza ilościowa charakterystyka promieniowania jonizującego pochłoniętego przez organizmy żywe. Zwykle wyrażana w siwertach (jednostka SI) lub rentgenach (jednostka pozaukładowa). Badaniem metod pomiaru i określania dawek zajmuje się dozymetria. Wielkość dawek promieniowania mierzy się za pomocą dozymetrów.

1 Gy = 1 J/kg = dżul/kilogram

Wartości dawek służą do powiązania biologicznych efektów oddziaływania promieniowania na funkcjonowanie organizmów żywych.
Jednorazowa dawka promieniowania wielkości 50 R nie powoduje ujemnych skutków. Dawka promieniowania 50 – 100 R wywołuje zmiany we krwi i pierwsze objawy choroby popromiennej (nie powoduje utraty zdolności bojowej). Dawka promieniowania 100 – 200 R wywołuje chorobę popromienną, wskutek której część porażonych może utracić zdolność bojową na kilka dni lub tygodni. Dawka promieniowania 200 – 400 R powoduje chorobę popromienną i długotrwałą utratę zdolności bojowej, a nawet wypadki śmiertelne.

Rodzaje dawek promieniowania jonizującego:
ekspozycyjna - jest miarą jonizacji, tj. ładunku elektrycznego jonów jednego znaku powstających w jednostce masy
powietrza pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego lub gamma. Jednostką dawki ekspozycyjnej, w układzie SI jest kulomb/kg ( C/kg ). Używana jest jeszcze dawna jednostka ekspozycji - Rentgen ( R ) i jednostki pochodne: mR, µR (tysiąc i milion razy mniejsze).

Zależność między rentgenem a obecnie używaną jednostką, jest:

1 R = 0.000258 C/kg

pochłonięta - jest miarą pochłaniania promieniowania przez różne materiały. Promieniowanie niesie ze sobą pewną energię która jest pochłaniana przez ośrodek. Jednostką dawki pochłoniętej jest grej ( Gy ). Dawka pochłonięta wynosi 1 grej, gdy 1 kg materiału, przez który przechodzi promieniowanie, pochłania energię 1 dżula ( J ):

1 Gy = 1J/kg

Dawniej dawkę pochłoniętą mierzono w radach ( rd ). Zwiazek pomiędzy dawną jednostką ( rd ) i nową ( Gy ) jest następujący:
1 rd = 0,01 Gy = 1 cGy (centygrej) 1 Gy = 100 rd
Związek pomiędzy dawką ekspozycyjną i dawką pochłoniętą:

1 R = 8.7 mGy lub 1 Gy = 115 R

równoważna - jest to dawka pochłonięta w danej tkanke lub narządzie z uwzględnieniem skutków biologicznych wywoływanych przez różne rodzaje promieniowania jonizującego. Szkodliwe następstwa promieniowania zależą od tego, czy napromieniowaniu poddane zostało całe ciało, czy konkretne narządy.
W tym drugim przypadku należy uwzględnić tzw. współczynniki wagowe tkanki. W ten sposób określa się tzw. efektywny lub skuteczny równoważnik dawki. Obowiązującą, w układzie SI, jednostką dawki równoważne i skutecznej jest 1 siwert ( Sv ).Jeden siwert odpowiada jednemu dżulowi na kilogram:

1 Sv = 1 J/kg(Siwert jest jednostką stosunkowo dużą, z tego względu w użyciu są głównie jednostki pochodne mili- i mikrosiwerty: mSv i µSv).

Moc dawki : „ Moc dawki" jest wielkością pochodną od dawki i określa zmianę dawki w jednostce czasu. Zwykle jednostką czasu jest jedna godzina (h).
ekspozycyjnej - Jednostką mocy dawki ekspozycyjnej w układzie SI jest amper na kilogram tj. ( A/kg), lub w jednostkach mniejszych: mA/kg, µA/kg lub pA/kg.

pochłoniętej - Jednostką mocy dawki pochłoniętej w układzie SI jest grej na sekundę (Gy/s). Używa się również jednostki grej na godzinę (Gy/h) i centygrej na godzinę (cGy/h). Dawniej stosowano rad na godzinę (rd/h).

równoważnej - Jednostką równoważnika mocy dawki i efektywnego równoważnika mocy dawki (dawki skutecznej) jest w układzie SI: Siwert na godzinę ( Sv/h ) i jednostki pochodne: mili- lub mikrosiwerty na godzinę (mSv/h) lub( µSv/h) ). Jednostką tą określa się również wartość indywidualnego równoważnika mocy dawki z podaniemsymbolu Hp(10).

4.Aktywnością źródła nazywamy liczbę rozpadów zachodzących w jednostce czasu:


Jednostką aktywności jest becqurel [Bq]. Jeśli w ciągu 1 s zachodzi rozpad jednego jądra, to aktywność źródła wynosi 1 bq. Aktywność każdego źródła promieniotwórczego maleje z upływem czasu według wzoru:



w którym Ao jest początkową aktywnością źródła promieniotwórczego, A jest aktywnością tego źródła po upływie czasu t, a ë jest stałą rozpadu, której wartość jest zależna od rodzaju źródła promieniotwórczego. Z powyższego równania da się wyprowadzić prawo rozpadu promieniotwórczego, zgodnie z którym liczba jąder promieniotwórczych maleje w wyniku rozpadu w sposób wykładniczy:


gdzie N oznacza liczbę jąder promieniotwórczych po czasie t, N0 oznacza początkową liczbę jąder, a ë jest stałą rozpadu promieniotwórczego.

Aktywność źródła promieniotwórczego, A, całkowita liczba rozpadów promieniotwórczych jąder określonego źródła w jednostce czasu, dana wzorem A = - (dN/dt) = λN, gdzie λ - stała rozpadu, N - liczba jąder, t - czas rozpadu. Jednostką aktywności źródła promieniowania w układzie SI jest bekerel (Bq), dawniej używano jednostki kiur (Ci).

5. Prawo absorpcji

6. Tło promieniotwórcze
tło promieniotwórcze składa się promieniowanie pochodzące od izotopów naturalnych, promieniowania kosmicznego, ale także diagnostyki medycznej (prześwietlenia rentgenowskie, diagnostyka izotopowa, radiofarmacja). O wielkości dawki promieniowania otrzymywanego przez człowieka decyduje więc cały szereg czynników stałych ale również promieniotwórcze skażenie środowiska.


7. Dozymetr (dawkomierz) – przyrząd do pomiaru dawki promieniowania jonizującego lub aktywności promieniotwórczej preparatów.
Dozymetr mierzący dawkę pochłoniętą przez pojedynczą osobę, osobnika, nazywa się dozymetrem indywidualnym.
Dozymetr służy do wyznaczana dawek promieniowania, związany z emisją cząstek alfa, cząstek beta oraz promieniowania gamma niektóre dozymetry są również wrażliwe na promieniowanie rentgenowskie lub promieniowanie neutronowe.

8. Rodzaje promieniowania jonizującego:
Charakterystyka promieniowania jonizującego:
Najkrócej rzecz ujmując promieniowanie jest to wysyłanie i przekazywanie energii na odległość. Promieniowanie dzielimy na dwie zasadnicze grupy: tj. jonizujące i niejonizujące. Do tej ostatniej ostatniej możemy zaliczyć promieniowanie radiowe, mikrofalowe, podczerwone oraz światłą widzialne. Natomiast promieniowanie jonizujące powstaje w bardzo wielu procesach, np.: w substancjach promieniotwórczych, gdzie jest wynikiem przemian jądrowych, a więc zmiany w układzie nukleonów w jądrze, której to zmianie towarzyszy zmiana energii układu. Nie każdy jednak izotop jest zdolny do takich przemian. Taką cechę posiadają tylko izotopy o nieodpowiedniej liczbie neutronów w jądrze. Gdy jednak liczba neutronów w jądrze jest nieodpowiednia, atom dąży do pozbycia się zbędnych cząstek, a zarazem energii, którą nazywamy promieniowaniem.

Rodzaje promieniowania jonizującego:
1.Promieniowanie alfa
Jest to strumień cząstek złożonych z
2 neutronów i 2 protonów (jądra helu) wysyłanych w następstwie przemian zachodzących w jądrze. Jeżeli atom emituje cząstkę alfa , to z jego jądra ubywają 4 nukleony. Zasięg promieniowania alfa wynosi od kilku do kilkunastu mg/cm2.
2.Promieniowanie beta
Jest to strumień cząsteczek beta (elektronów dodatnich lub ujemnych) emitowanych przez jądra atomów promieniotwórczych. Emisja cząstki beta - występuje przy przemianie neutronu w proton.Przemianie tej towarzyszy emisja antyneutrino.Pierwiastek pochodny ma więc tę samą liczbę masową A, a liczbę atomową Z mniejszą o 1.
Emisja cząstki beta+ występuje przy przemianie protonu w neutron z emisją neutrino. Pierwiastek pochodny ma wtedy tę samą liczbę masową A, natomiast liczba atomowa Z jest mniejsza o 1. Takie przeobrażenia zachodzą w sztucznych jądrach promieniotwórczych powstających w reakcjach jądrowych, oraz przez występujący w naszym środowisku , w niewielkiej ilości kosmopochodny izotop sodu 22Na.
3.Promieniowanie gamma:
Jest to promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez jądra wzbudzonych atomów promieniotwórczych. W przeciwieństwie do promieniowania cząstkowego, zasięg promieniowania elektromagnetycznego jest duży. Kwanty promieniowanie gamma przenikając ośrodek materialny tracą swą energię w wyniku zjawiska fotoelektrycznego , zjawiska Comptona, zjawiska tworzenia par, a dla dużych energii w skutek występowania reakcji jądrowych.
Promieniowanie alfa zatrzymuje nawet cienka kartka papieru, przeszkodą γ jest blacha aluminiowa, natomiast zaporę dla promieni βdla promieni stanowi dopiero gruba płyta ołowiana.
4.Promieniowanie rentgenowskie (X):
Jest również strumieniem kwantów promieniowania elektromagnetycznego , powstającym w wyniku oddziaływania strumieni elektronów z jądrami atomów materii. Promienie rentgenowskie są niewidoczne dla oka, przebiegają prostolinijnie, mają zdolność przenikania ciał, jonizują gazy, wywierają działanie niszczące na tkanki żywe , itd.
5.Promieniowanie neutronowe (N):
Jest to strumień neutronów powstających w wyniku procesu rozszczepiania jąder atomowych ciężkich pierwiastków np. uranu i pierwiastków transuranowych. Ładunek neutronu równy jest zero, a masa wynosi g.

8. W celu realizacji zasad ochrony radiologicznej należy pamiętać, że:
-dawka promieniowania, jaką otrzymujemy jest zależna od czasu ekspozycji na działanie promieniowania
-natężenie promieniowania jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości od źródła promieniowania
-promieniowanie jest pochłaniane (całkowicie bądź częściowo) przez osłony, czyli materiał umieszczony pomiędzy źródłem promieniowania a człowiekiem.
Przestrzegając powyższych zasad, powinniśmy jak najkrócej przebywać w miejscu, w którym jesteśmy narażeni na promieniowanie, przebywać w możliwie jak największej odległości od źródła promieniowania oraz stosować odpowiednie osłony pochłaniające promieniowanie.
W przypadku promieniowania ? wystarczy odsunąć się od źródła na 10cm. W celu ochrony przed promieniowaniem ß stosuje się osłony ze szkła, aluminium lub tworzywa sztucznego np. ekran z pleksiglasu. Przed promieniowaniem ? ochroni nas osłona ołowiana. Ochronę przed neutronami stanowi osłona z kadmu lub osłona betonowa z dodatkiem soli baru bądź żelaza. W celu spowolnienia neutronów zanim dotrą one do osłony stosuje się parafinę. Przy konstrukcji osłon ważna jest grubość zastosowanego materiału oraz jego trwałość. Grubość powinna być tak dobrana, by energia promieniowania zużywała się na jonizację osłony, a promieniowanie nie docierało do człowieka znajdującego się za osłoną.
Podczas pracy z izotopami promieniotwórczymi należy zakładać odzież ochronną (fartuch, rękawiczki) oraz okulary.