Download
1 / 57
570 likes | 815 Views
Geislavirkni. Tegundir geislunar, kjarnajöfnur, helmingunartími og geislavá. Geislavirkni. Óstöðugir kjarnar brotna upp eftir einhvern tíma og kallast það ferli hrörnun.
E N D
Geislavirkni Tegundir geislunar, kjarnajöfnur, helmingunartími og geislavá.
Geislavirkni Óstöðugir kjarnar brotna upp eftir einhvern tíma og kallast það ferli hrörnun. Við hrörnunina myndast úr upphaflega kjarnanum (móðurkjarni) nýr kjarni (dótturkjarni) auk lítillar agnar sem þeytist frá dótturkjarnanum á miklum hraða.
Efni sem innihalda óstöðuga kjarna og geta hrörnað eru sögð vera geislavirk. Litlu agnirnar sem losna eru geislunin frá efninu. Geislun eru flokkuð eftir því úr hvernig ögnum geislunin er.
Tegundir geislunar • Alfageislun: Agnirnar sem losna eru alfaagnir en það eru í raun He-kjarnar sem eru tvær róteindir og tvær nifteindir. Geislunin verður til vegna fráhrindikrafta milli jákvæðra hleðsla – Coulomb kraftur
Alfaagnir eru stórar agnir sem komast stutt í efni án þess að rekast á atóm. Hversu langt þær fara er háð orku geislunar og þéttleika efnisins. Mjög líklegar til að jóna efnið sem þær lenda á. QF = 20 Orkumiklar -agnir skilja eftir slóð jónaðra agna. Agnirnar eru allar álíka orkumiklar og fara álíka langt.
Betageislun: Agnirnar sem losna eru betaagnir en það eru í raun rafeindir. Rafeindirnar myndast í kjarna við það að nifteind hrörnar í rafeind og róteind. Dótturkjarninn hefur því hærri sætistölu en móðurkjarninn.
Betaagnirnar eru fremur litlar agnir sem komast tiltölulega langt án þess að rekast á önnur atóm. Vegalengdin sem þær fara er háð orku geislunar og þéttleika efnisins. Orkumiklar rafeindir jóna fjölmörg atóm á leiða sinni gegnum efnið. Hafa tiltölulega mikla jónunarhæfni og þar með er skaðsemi þeirra mikil. Orka betaagna fyrir tiltekna hrörnun er ekki alltaf sú sama heldur dreifist yfir orkubil – gerist vegna fiseinda sem myndast við hrörnunina og taka hluta orkunnar.
Tvenns konar -geislun er til. Í fyrsta lagi er það geislun þar sem rafeind myndast við hrörnun nifteindar í kjarna en henni fylgir alltaf andfiseind. Í öðru lagi er til jáeindageislun. Þá myndast ekki rafeind heldur andeind rafeindar sem er jáeind. Við slíkt ferli myndast einnig fiseind. Jáeindargeislunin verður til þegar róteind í kjarna hrörnar í róteind og rafeind.
Af ofangreindu sjáum við að við -geislun myndast alltaf tvær efnisagnir og ein andögn. Samfara -geislun er því alltaf fiseindageislun. Dæmi um -geislun er hrörnun I-131:
Gammageislun: Gammaagnir eru orkumiklar ljóseindir og gammageislun því rafsegulgeislun. Geislunin myndast þegar kjarnar aförvast með því að geisla frá sér orku sem rafsegulgeislun eða ljóseindir. Gammaagnir eða ljóseindir eru massalausar og óhlaðnar. Þær flytja því aðeins orku frá kjarnanum
Þegar og geislun myndast er dóttur-kjarninn í örvuðu ástandi. Hann kemst í grunnástand með því að geisla frá sér gamma-ögnum. Gammageislun fylgir því með og geislun.
Gammaagnir jóna á annan hátt en og agnir þ.a. hver ögn jónar aðeins eitt atóm. Jónunarhæfni þeirra er því mun minni. Hins vegar er erfiðara að skýla fyrir geisluninni. Styrkur geislunar fellurmeð fjarlægð í réttu hlutfalli við 1/r2 þar sem r er fjarlægðin.
Nifteindageislun. Við hrörnun ýmissa kjarna losna nifteindir sem mynda nifteindageislun. Dæmi um losun nifteinda er hrörnun Úran þar sem frjálsar nifteindir gegna lykil-hlutverki í að viðhalda kjeðuverkun.
Kjarnajöfnur Kjarnajöfnur eru jöfnur eins og efnajöfnur sem lýsa kjarnahvörfum. Í jöfnunni kemur fram hver móðurkjarninn er, hver dótturkjarninn er og hvernig geislun myndast. Þegar kjarnajafna er stillt þarf að gæta að því að massatölur og sætistölur (hleðsla) varðveitist. Summa massatalan þarf að vera sú sama beggja vegna pílunnar og eins fyrir sætistölurnar. Dæmi er jafna sem lýsir hrörnun Ra-226 í Rn-222 þar sem alfageislun myndast.
Annað dæmi er þegar I-131 hrörnar í Xe. Í þessu dæmi þurfum við að finna hvernig geislun myndast: Niðurstaðan er að ögnin sem myndast er -ögn, þ.e. rafeind, og því er I-131 -virkt. Sömu aðferð má nota til að finna móðurkjarnann eða dótturkjarnann ef annað er þekkt.
Helmingunartími Ekki er hægt að segja til um hvenær tiltekinn óstöðugur kjarni hrörnar. Aðeins er hægt að segja til líkurnar á að það gerist innan einhvers tímabils. Hins vegar er hægt að segja til um eftir hve langan tíma tiltekinn fjöldi kjarna í sýni hefur hrörnað. Viðmiðunar gildi fyrir þann tíma er helmingunartíminn.
Helmingunartími segir eftir hve langan tíma helmingur af óstöðugum kjörnum hefur hrörnað. Helmingunartími fyrir C-14 er um 5600 ár. Það merkir að á 5600 árum hrörna helmingur C-14 kjarna í sýni. Fyrir sérhvern helmingunartíma sem líður helmingast fjöldi óstöðugra kjarna. Það má nota til að búa til jöfnu fyrir fjölda óstöðugra kjarna í sýni eftir einhvern tíma.
Ef No er upphaflegi fjöldi kjarnanna og N er fjöldi eftir tímann t þá má skrifa: Þar sem T1/2 er helmingunartími efnisins. Hlutfallið t/T1/2 gefur fjölda helmingunartíma sem hefur liðið. Sömu formúlu má fá út frá hrörnunarlögmálinu (Radiation decay law) (Aths)
Skaðsemi geislunar Skaðsemi geislunar felst í jónunarhæfni geislunarinnar. Skaðsemin getur falist í: • jónun efna í frumu sem getur leitt til dauða frumunnar • jónun erfðaefnis frumunnar sem skemmir DNA og það getur valdið stökkbreytingu, svo sem krabbameinum. • ef fruman er kynfruma getur stökkbreytingin komið fram í afkomendum
Tjónið sem geislunin veldur er mjög háð magni þeirra geislaagna sem lenda á efninu. Þrír lykilþættir eru: 1. Tími sem geislun varir, því styttri tími því minni líkur á tjóni. 2. Fjarlægð frá geislagjafa, geislunin fellur mjög ört með fjarlægð. 3. Styrkur geislunar, veik geislun þýðir færri agnir og minni líkur á tjóni.
Áhrif geislunar á mannslíkamann • Smásæ áhrif jónandi geislunar • Bein og óbein áhrif á DNA – DNA er mjög viðkvæmt fyrir geislun • Bein áhrif – geislunin veldur sjálf skemmdum á DNA • Óbein áhrif – geislunin jónar efni umhverfis DNA og efnin sem myndast skemma DNA • Skemmdir í frumum sem leiða til: • Dauða frumunnar • Lifandi frumu sem skiptir sér en hefur breytta erfðafræðilega þætti
Stórsæ áhrif jónandi geislunar er m.a. • Myndun og hugsanleg örvun krabbameins • Erfðagallar • Ófrjósemi • Staðbundinn skaði á yfirborði líkamans, brunasár, húðroði • Vagl, ský á auga • Skaði á blóðmyndun
Vægistuðlar ICRP fyrir einstaka líffæravefi (e. tissue)Vefur (líffæri) Vægisstuðull vefs/líffæris, wT Samtala wT gildaRauður beinmergur,ristill, lungu, magi,brjóst, aðrir vefira 0,12 0,72Kynkirtlar 0,08 0,08Blaðra, vélinda, lifur,skjaldkirtill 0,04 0,16Yfirborð beina, heili,munnvatnskirtlar, húð 0,01 0,04 Heild 1,00
Bakgrunnsgeislun Í umhverfi okkar er ávallt einhver geislun. Sú geislun kemur frá geislavirkum efnum í umhverfinu og utan úr geimnum. Hluti af geisluninni er af völdum mannsins, t.d. vegna orkuframleiðslu og lækningatækjum. Á Íslandi er bakgrunngeislunin fremur lág vegna þess hve lítið er af geislavirkum efnum í bergi.
Hámark geislaálags við skipulagðar geislunaraðstæðurGerð hámarks Starfsfólk (mSv/ár) Almenningur (mSv/ár)Geislaálag 20, sem meðaltal yfir 1 (í undantekningar tilvikum 5 ár, ekki hærra en má miða við hærri gildi 50 mSv á einstöku einstök ár svo framarlega ári. sem meðaltal yfir 5 ár sé ekki hærra en 1 mSv/áriHlutgeislaálagaugnlinsu 150 15Hlutgeislaálaghúðar 500 50Hlutgeislaálaghanda og fóta 500 -
Hagnýting geislavirkra efna Hagnýting geislavirkra efna og geislunar er með mismunandi hætti. Sem dæmi má nefna: • Kjarnaklofnunarver • Kjarnasamrunaver • Gerilsneyðing • Til lækninga
Kjarnaklofnunarver Kjarnaklofnunarver nota orkuna sem losnar við klofnun U-kjarna til framleiðslu raforku. Lykilatriði í ferlinu er keðjuverkunin. Til að örva hrörnunina er n skotið á U kjarnann, myndast þá mjög óstöðug samsæta sem klofnar strax. Við það myndast nýjar n sem rekast á nýja kjarna.
Kjarnahvarfið Kjarnahvarfið í keðjuverkuninni má skrifa: Mikil munur er á massa upphaflegu agnanna og þeirra sem myndast. Því losnar mikil orka í hvarfinu eða um 200 MeV á hvern kjarna. (Um 800 GJ á hvert kg af U-236)
Hægir Til að þetta hvarf geti átt sér stað verða nifteindirnar að vera hægfara. Því þarf efni sem hægir á þeim (moderator). Hentugast að atóm þess efnis sé með svipaðan massa og nifteindir en gleypi þær ekki, algengast að nota tvívetni eða grafít með C-12. Vemork Chicago
Eldsneytið Til að viðhalda keðjuverkuninni þarf að hafa nógu mikið af U-235. Í náttúrulegu úrani eru aðeins 0,7% U-235 en 99,3% eru U-238. U-238 tekur til sín nifteind, myndar U-239 og geislar frá sér γ-ögnen myndar ekki nýja nifteind og viðheldur ekki keðjuverkuninni. Unnt er að hækka hlutfall U-235 í sýnimeð auðgun. Úran náma í Ástralíu
Markmassi Til að keðjuverkunin haldist mega ekki margar nifteindir sleppa burt án þess að rekast á U-kjarna. Aðeins er hægt að tryggja það með nægu magni af U. Minnsti massi sem viðheldur keðjuverkun er kallaður markmassi (critical mass). Markmassi er háður hægir, eldsneyti og hversu mikið eldsneytið hefur verið auðgað. Dæmigert gildi markmassa er í kg.
Sprengjur Sprengjan sem varpað var á Hiroshima var úransprengja.
Aðrar gerðir klofnunarvera Þegar U-238 gleypir nifteind myndast plútóníum. Unnt er að hreinsa það úr úrgangi kjarnaofna sem brenna U og nota sem eldsneyti. Svipað ferli sem krafst hægfara nifteinda og nifteindirnar viðhalda keðjuverkun. Plútóníum er hins vegar mjög eitrað efni sem unnt er að nota við smíði sprengja.
Kostir og gallar KostirMikil orka á hvert kg af eldsneytiLítil losun gróðurhúsaloftegunda GallarMikil varmamengunGeislavirkur úrgangurMyndun geislavirkra efna í byggingunniTakmarkaður líftími (30 ár)SlysahættaTakmarkað magn eldsneytis
Chernobyl • Eitt versta kjarnorkuslys sögunnar • Einn ofn af fjórum ofhitnar í öryggisprófunum sem veldur sprengingum og mikið af geislavirkum efnum sleppur út í umhverfið. • Dreifist í nánasta umhverfi en líka til annarra landa.
Flestir starfsmenn versins unnu í bænum Prepyat og urðu að yfirgefa hann eftir slysið. • Nú er hægt að fara í ferðir um svæðið og ef dvalið er í 6 klst í bænum og svæðinu umhverfis er geislaálag sviðað og af 2 klst milli-landaflugi (4-6 mSv) • Gæta verður að því að geislavirk efni setjist ekki á föt eða mat.
Kjarnasamrunaver Léttir kjarnar renna saman og mynda þyngri kjarna og losa orku um leið. Sú orka er margfalt meiri á hverja ögn (og þar með hvert kg) heldur en losnar við kjarnaklofnun. Í kjarnasamrunaverum er vetni (tví- og þrívetni) notað til að mynda helíum. Til að það geti orðið þarf mjög hátt hitastig.
