ACADEMIA NAVALA “MIRCEA CEL BATRAN” FACULTATEA DE MARINA CIVILA SPECIALIZAREA: NAVIGATIE SI TRANSPORT MARITIM SI FLUVIAL FORMA DE INVATAMANT: FRECVENTA REDUSA
REFERAT
RADIATIA GAMA
INTOCMIT STUDENT: OLTEANU MARIUS GRUPA : 1121FR 1
Cuprins
Generalitati
Proprietatile radiatiilor gama
Interactiunile cu mediul ale radiatiilor gama
Efectul radiatiilor asupra organismului
Efectul radiatiilor asupra substantei .Conceptul de doza
Razele gama din Univers
2
Generalitati
Radiatiile gama au fost descoperite în anul 1900 de către Paul Villard (18601934), fizician şi chimist francez, în timp ce studia la Paris comportamentul uraniului şi radiului. Numele acestui tip de radiaţie a fost dat de către Ernest Ruthe rford. Cu ocazia primelor cercetari privind dezintegrarea radioactiva – emisiile rezultante au fost clasificate in trei tipuri – “raze” alfa, beta si gama. De fapt numai tipul “gama” reprezinta cu adevarat o radiatie (adica fotoni de inalta frecventa), celelalte sunt particule nucleare (nuclee de heliu de mare viteză – numite şi raze α, respectiv emisii de electroni – numite şi raze β). Radiația sau razele gama (gama desemnează litera grecească γ) sunt unde electromagnetice de frecvențe foarte mari produse de interacțiuni între particule subatomice, cum ar fi la dezintegrările radioactive sau la ciocnirea și anihilarea unei perechi electron - pozitron. Radiaţia gama (raza gama) se prezintă sub formă de unde electromagnetice sau fotoni emişi din nucleul unui atom. Poate traversa complet corpul uman, putând fi oprite doar de un perete de beton sau de o placă de plumb groasă de 15 cm. Radiaţia gama este oprită de: apă, beton şi, în special, de materiale dense, cum ar fi uraniul şi plumbul, care sunt folosite ca protecţie împotriva expunerii la acest tip de radiaţie.
Radiatia gama este o unda electromagnetica similara cu lumina obisnuita, ceea ce difera este lungimea de unda (energia). Lumina solara consta intr-un amestec de 3
radiatie electromagnetica la diferite lungimi de unda de la IR indepartat trecand prin vizibil si ultraviolet. O radiatie gama este mult mai scurta decat radiatia UV (de aceea are o energie mult mai mare). Radiatiile gama sunt produse de asemenea prin dezintegrarea unor materiale radioactive cum ar fi cobalt-60 si cesiu-137. O radiatie emisa de atomul de cobalt-60 poate penetra corpul uman si ca urmare a fost folosita pe scara foarte larga in tratatrea cancerului.
Proprietatile razelor gama
Radiaţia sau razele gama sunt unde electromagnetice de frecvenţe foarte mari (lungimi de unda sub 0,005 Ä) produse de interacţiuni între particule subatomice, cum ar fi in dezintegrările radioactive sau la ciocnirea şi anihilarea unei perechi electron – pozitron, fiind foarte penetrante, in consecinta foarte periculoase pentru sanatatea omului. Razele γ pot străbate cu uşurinţă grosimi considerabile din ţesuturi animale şi vegetale, substanţe uşoare şi chiar câţiva centimetri din substanţe grele cum ar fi de exemplu plumbul. În urma interacţiunii dintre radiaţii şi organismele vii apar fenomene fizice (ionizări, excitări atomice) care determină fenomene chimice (alterări ale macromoleculelor şi ale sistemelor enzimatice). Razele gama sunt unde privind spectrul de frecvenţe electromagnetice care au o lungime de undă de 10 şi 11 sau mai jos. Razele gama sunt produse în laboratoare prin procesul de coliziune nucleara şi de asemenea prin intermediul radioactivitatii artificiale care însoţeşte aceste interacţiuni. Nucleele mari de energie necesare pentru coliziuni sunt accelerate de astfel de dispozitive, cum ar fi ciclotron şi sincrotron. Cele mai importante efecte se observă la celulele germinale (sexuale). În urma interacţiunii dintre radiaţii şi celulele germinale se observă o alterare a cromozomilor şi a codului genetic – ADN. Gravitatea acestor efecte este amplificată prin transmiterea mutatiilor la descendenţi. Protectia contra razelor gama se asigura prin 4
pereti de beton, otel sau plumb – ultimul fiind cel mai eficace. Detectarea radiaţiilor gama se poate face pe mai multe căi: - datorită efectului de ionizare, pot fi detectate cu electrometre sensibile; pe acest principiu funcţionează detectorul Geiger -Müller; - prin înnegrirea unei plăci fotografice; - cu ajutorul camerei cu ceaţă.
Interacțiunile cu mediul
La trecerea printr-un mediu mai mult sau mai puțin absorbant, radiațiile γ suferă o atenuare datorită proceselor de împrăștiere și a celor de absorbție conform legii: I = I0e -ux unde I0 = intensitatea radiației γ înainte de a pătrunde în mediul absorbant; I = intensitatea radiației γ după trecerea prin mediul absorbant; μ = coeficient de atenuare, dependent de energia radiației γ și de natura mediului absorbant; x = grosimea mediului absorbant. Razele gamma interactioneaza cu materia prin care trec prin următoarele mecanisme:
"Efect fotoelectric": Un foton γ poate dezlega un electron orbital din învelișul electronic al unui atom. Electronul, care preia toată energia fotonului γ, va putea învinge forța electrostatică, eliberându-se de pe orbita sa; fotonul incident dispare: această interacțiune se numește "efect fotoelectric" (energia fotonului incident γ trebuie să fie mai mare decât energia de legătura (Wleg) a electronului expulzat (e-) ). Efectul fotoelectric este mult mai probabil la elementele grele (probabilitatea este direct proporțională cu Z5), dacă fotonii incidenți sunt de joasă energie, sub 0,5 MeV. Elementul emis cu o anumită viteză (dependentă de energia fotonului incident și de tipul atomului) produce 5
ionizarea, la fel ca și o particulă beta β (beta), până când surplusul său energetic este cedat complet.
"Efect Compton", care devine preponderent când fotonii incidenți au o energie mai mare decât 1 MeV. În acest proces numai o parte din energia fotonului este transferată electronului; restul de energie apare ca un foton secundar cu energie mai mică, împrăștiat într -o direcție oarecare. Interacțiunea continuă până la dispariția fotonilor împrăștiați prin efect fotoelectric. "Producerea de perechi": Dacă fotonul γ are o energie mai mare de 1,02 MeV, el va putea interacționa cu câmpul nucleului, transformându-se în două particule: una pozitivă și cealaltă negativă (conversia energiei în masă). Particula pozitivă este numită pozitron, iar cealaltă electron. Această interacțiune este cunoscută drept "producere (generare) de perechi". Excesul energetic este preluat în mod egal, sub formă de energie cinetică, de către cele două particule electron + pozitron, care vor produce ionizări până la încetinirea lor completă (la fel ca în cazul radiațiilor β). În procesul de încetinire, pozitronii produc ionizări până la momentul când vor fi captați de un electron. Noua pereche se "anihilează" reciproc, generând 2 fotoni γ de câte 0,51 MeV. Fenomenul de anihilare este opus fenomenului de generare de perechi. Fotonii rezultați pot fi împrăștiați prin efect Compton, sau absorbiți prin efect fotoelectric.
Aplicatiile razelor gamma sunt asemanatoare razelor X: - sterilizarea alimentelor, a instrumentelor medicale, etc - controlul radiologic al imbinarilor metalice de grosimi mari; - distrugerea tumorilor canceroase; - experimente stiintifice de varf – multe in domenii de pionierat; - Gamma Knife (sau radio chirurgie stereotactica ) – o metoda neinvaziva de reducere a tumorilor si malformatiilor arterio-venoase cerebrale sau de stopare a cresterii lor (existenta si in tara noastra) -razele gama au jucat de semenea un rol foarte important in dezvoltarea bombei atomice. 6
Efectul radiatiilor asupra organismului
Sterilizarea Iradierea este o foarte buna metoda de distrugere a microorganismelor (ciuperci, bacterii, virusi etc.), fiind foarte utila în particular pentru echipamentele medicale. Procesul de conservare cu radiatii ionizante distruge vitaminele, mineralele si vaduveste hrana de gust sau miros. Metoda are beneficiul ca vegetalele raman "proaspete" timp indelungat. Pietele din Romania sunt invadate de ani buni de tot felul de legume si fructe din import care par, mai curand, decupate din cartile cu povesti. Ardei grasi imensi, viu colorati, capsuni uriase, mere-gigant si struguri ale caror boabe cat o pruna te fac sa-ti lase gura apa se ingramadesc pe tarabe la preturi pe masura. Mereu proaspete, chiar si saptamani in sir, toate aceste trufandale, multe dintre ele modificate genetic, sunt expuse si la radiatii ionizante pentru a-si pastra prospetimea cat mai multa vreme.
Cancerul si hrana iradiata Alimentele iradiate nu sunt periculoase, sustin unii dintre specialisti, altii sunt insa de alta parere. Alimentele pot fi iradiate cu raze gama sau cu raze X. Tehnologia prin iradiere cu raze gama foloseste substante radioactive precum Cobalt 60 sau Cesiu 137. Ionizarea datorata radiatiilor poate actiona direct asupra componentelor celulare ale moleculelor sau indirect asupra moleculelor de apa ducand la formarea de radicali de apa. Radicalii actioneaza cu moleculele invecinate in foarte scurt timp conducand la ruperea unor legaturi chimice sau oxidarea (aditionarea de atomi de oxigen) moleculelor afectate. Efectul major in celule este ruperea ADN-ului. Deoarece ADNul consta intr-o pereche de sisteme complementare, ruperea unuia sau a ambelor sisteme poate apare. Oricum, al doilea tip este mult mai important din punct de vedere biologic si poate conduce la mutatii, aberatii ale cromozomilor sau moartea celulei. 7
Efectul radiatiilor asupra substantei .Conceptul de doza
Deplasarea unei particule incarcate, intr-un mediu, produce o ionizare dependenta de tipul si energia particulei. Doza absorbita “ (D) , reprezinta cantitatea de energie cedata de radiatie / Kg. materie.
Unitatea de masura se numeste “ gray “ (Gy).
1 Gy = 1 j / 1 Kg
Efectul biologic diferind puternic de la un tip la altul de radiatie, s-a introdus notiunea de “echivalentul dozei “ sau “doza echivalenta“ ( H ) H=FxD
Pentru a cuantifica riscul biologic global (cumulat) de iradiere ionizanta (raze X+raze γ), se foloseşte o unitate de măsură numită Sievert, care exprimă doza medie absorbită de diferite ţesuturi umane. Doza de radiaţie ionizantă “naturală” se situează în jurul valorii de 2,5 mSv/an . Unitatea de masura se numeste “ Sievert “ ( Sv ). 1 Sv = 1 j / 1 Kg corp Razele gama din Univers
Cele mai puternice surse de raze gama sunt: Soarele (in special atunci cand se produc eruptii solare), stelele neutronice, pulsarii, quasarii, magnetarii. In 2008 telescopul spaţial Fermi Gamma-ray aparţinând NASA a detectat în constelaţia Carina – aflata la o distanţă de 12,2 miliarde de ani lumină – cea mai puternică emisie de raze gama inregistrata vreodata, cu o putere ce a depăşit intensitatea exploziei simultane a 9.000 de stele de dimensiunea Soarelui – practic numai Big-Bang-ul a generat o energie mai mare ! Deflagratia a emis intr-un minut de cinci ori mai multa energie decat va emite Soarele de-a lungul intregii sale vieti, au calculat astrofizicienii.
8
Astfel de fenomene apar atunci când stelele de mari dimensiuni rămân fără combustibil şi colapseaza, creând o uriaşă gaură neagră. Recent a fost identificata o batrana stea masiva aflata la o distanta de 8.000 de ani-lumina in constelatia Sagetatorului- WR104, care este orientata intr-o pozitie polara care ameninta Terra, practic privim prin teava tunului..
9
