RADIAŢII NUCLEARE

ATOMULNoţiunea de atom apare pentru prima dată către anul

450 î.e.n. Filozoful grec Leucip dezvoltă teoria conform căreia materia nu este infinit divizibilă şi introduce noţiunea de atomos, ceea ce nu poate fi divizat.

Câţiva ani mai târziu, Democrit, un discipol al lui Leucip, defineşte materia ca fiind un ansamblu de particule indivizibile, invizibile şi eterne: atomi. Această nouă concepţie nu a fost rezultatul unor observaţii sau experienţe, ci mai degrabă al unor intuiţii.

Teoria a fost dezvoltată ulterior de Epicur, apoi de poetul latin Lucreţiu. Au trecut însă 2000 de ani până când teoria atomică a fost formulată ştiinţific

ALCHIMISTII Căutau piatra filozofală (lapis philosophorum – latină, sau El Iksir- elixir –

arabă)= o substanţă legendară cu ajutorul căreia pretindeau că pot transmuta metalele inferioare în aur. Visul lor s-a împlinit abia în era nucleară.

Avicenna (c.721-c.815)Albert Magnus (1195- 1280)Toma d’Aquino (1225-1274)Roger Bacon (1214-1294)Paracelsus (1493-1541)

Robert Boyle (1627-1691)Însuşi Newton (1642-1726) a studiat multe pagini de alchimie, căutând să

înţeleagă microcosmosul şi apoi să-l coreleze cu macrocosmosul.

Alchimia nu era doar o formă de investigare a naturii, ci şi o disciplină filozofică şi spirituală. Noţiuni din chimie, metalurgie, fizică, medicină (ştiinţe aflate în fază incipientă) se combinau cu cele din astrologie, religie, spiritualism, misticism, semiotică şi artă.

Nu se poate nega rolul alchimiei în dezvoltarea chimiei.

John Dalton(1766-1844)

În anul 1803, fizicianul şi chimistul englez a elaborat o teorie atomică proprie care explică Legea proporţiilor multiple, afirmând că din moment ce substanţele se combină numai în proporţii integrale, atomii trebuie să existe la baza materiei

Dmitri Mendeleev(1834-1907)

MODELE ATOMICE

Modelul atomic Rutherford, elaborat de Ernest Rutherford în 1911, este primul model planetar al atomului. Conform acestui model, atomul este format din nucleu, în care este concentrată sarcina pozitivă, şi electroni care se rotesc în jurul nucleului pe orbite circulare, asemeni planetelor în Sistemul Solar.

Modelul atomic Bohr este primul model de natură cuantică al atomului şi a fost introdus în anul 1913 de către fizicianul danez Niels Bohr. Acest model preia modelul planetar al lui Ernest Rutherford şi îi aplică teoria cuantelor.

Modelul Thomson(J.J.,1906) este un model clasic care presupune că atomul e alcătuit din electroni dispuşi în interiorul unei sfere cu raza de ordinul 10-10m, încărcate uniform cu o sarcină pozitivă. Modelul este denumit şi "cozonacul cu stafide" datorită asemănarii dintre dispunerea particulelor negative în norul de sarcină pozitivă şi a stafidelor în aluat..

RADIAŢIILE:1 - NUCLEARE - emise de nuclee instabile

(radioactive), la care numărul de neutroni e mai mare decât numărul de protoni. Prin comparaţie, cel mai stabil nucleu este cel de He, cu 2p şi 2 n.

2 - ELECTROMAGNETICE - câmp electromagnetic generat prin suprapunerea unui

câmp electric peste unul magnetic, care oscilează în plane perpendiculare şi care se propagă împreună sub formă de UNDĂ ELECTROMAGNETICĂ

Atom de He(Z=2;A=4) şi compaţie nucleu-norul electronic

Atom de Li(Z=3;A=7) stilizat

Radiaţiile nucleare

• 1 - radiaţie alfa () = nuclee de heliu = formate din 2 protoni şi 2 neutroni (electrizată +)

• 2 - radiaţie beta (β) = electroni (electrizată –) = pozitroni (electrizată +)

• 3 - radiaţie gamma () = fotoni (neelectrizată, neutră electric)

pol SUD

comportarea radiaţiilor nucleare în câmp magnetic

în funcţie de tipul sarcinii lor electrice

pol NORD

RADIOACTIVITATE naturală =

= Proprietatea unor nuclee de a emite în mod spontan radiaţii.

Descoperită de Henry Becquerel în 1896, care a observat acest lucru la o sare de uraniu.

1898-Marie şi Pierre Curie au descoperit alte elemente radioactive - poloniul şi radiul

MARIE CURIE(1867-1934), doctorandă la H. Becquerel, 2 premii Nobel - 1903,fizică şi

1911,chimiePIERRE CURIE(1859-1906) – premiul Nobel –

fizică,1903

• Termenul radioactivitate a fost inventat în 1898 de Marie Curie şi exprimă fenomenul prin care nucleele atomice instabile se dezintegrează emiţând radiaţii diverse pentru a se transforma în nuclee atomice stabile.

• Radiaţiile astfel emise sunt numite radiaţii alfa, beta şi gamma.

• Cei mai fecvenţi radionuclizi din scoarţa terestră sunt 238U, 232;231Th, 226 Ra, 222;219Rn, 212Po, 210Pb,

208Tl.

radioactivitate artificială

adică provocată, descoperită în 1934 de soţii Curie:

– Irène(1897-1956, premiul Nobel, chimie,1935), fiica lui Marie şi Pierre Curie şi

- Frédéric Joliot Curie(1900-1958, premiul Nobel, chimie 1935)

Irène şi Joliot Curie

Astăzi se cunosc:

• 40 de radionuclizi naturali (elemente chimice ale căror nuclee sunt radioactive)

• peste 900 de radionuclizi artificiali (obţinuţi în laborator)

• aprox. 260 de nuclizi stabili (sunt incluşi şi izotopii)

nuclidnuclid = nucleulul unui element chimic

Dezintegrarea alfa

Obs: prin acest tip de dezintegrare, noul element format se mută cu 2 căsuţe spre stânga în

tabelul Mendeleev

dezintegrarea alfa a plutoniului

• O particulă alfa este identică cu un nucleu de 42He, şi

masa atomică şi numărul atomic sunt la fel.

• Particulele alfa au energie cinetică tipică de 5 MeV

(1 eV = sarcina uni electron·1V = 1,6 ·10-19C ·1V = 1,6 ·10-19J)

• şi o viteză de 15 000 km/s. Aceasta corespunde cu aproximativ 0,05c. Din cauza masei lor destul de mari, a sarcinii +2 şi a vitezei relativ reduse, sunt şanse mari ca acestea să interacţioneze cu alţi atomi şi să-şi piardă din energie, fiind astfel absorbiţi în câţiva centimetri de aer.

• Poate fi absorbită complet doar de 2,5 mm de Pb.

Dezintegrarea beta minus (electron) º-1

Prin dezintegrarea - = e-

nucleul nou format se mută cu o căsuţă spre

dreapta în tabelul Mendeleev

În reacţie apare şi antineutrinul

Dezintegrare beta plus (proton) º+1

În reacţie apare şi neutrinul

• Izotopi care se dezintegrează beta minus:206Pb, 234Th, 137Cs, 22Na, 3H(tritiu), 60Co

• Izotopi care se dezintegrează beta plus: 11C, 40 K, 13N, 15O, 18F, 121 I.

60Co se dezintegrează beta minus, dar încă nu-i stabil şi emite mai departe energie sub formă de radiaţii

Dezintegrare gamma

DEZINTEGRAREA COBALTULUI 60

• este radiaţie elctromagnetică de mare energie, descoperită de chimistul francez Paul Villard în anul 1900

• sunt mult mai penetrante decât alfa şi beta, dar slab ionizante, pentru că sunt neutre electric.

• intensitatea lor este redusă la jumătate de 1 cm de plumb, 6 cm de beton sau 9 cm de sol.

ECRANAREA RADIAŢIILOR

Unităţi pentru doza de radiaţii

Sievert = 1 Sv = 1 J/kg

millisievert = 1mSv = 10-3 Sv

microsievert = 1μSv = 10-6 Sv

O unitate mai veche este rem (Röntgen equivalent man) 1Sv = 100 rem

Nivelul dozei şi simptomele• 0.05–0.2 Sv (5–20 REM) – fără simptome, poate fi chiar benefică

• 0.2–0.5 Sv (20–50 REM) – fără simptome notabile

• 0.5–1 Sv (50–100 REM) – senzaţie de rău şi dureri de cap. Posibilă sterilitate temporară la bărbaţi

• 1–2 Sv (100–200 REM) – iradiere uşoară = oboseală, vomă, sist. imunitar afectat, creşte riscul apariţiei unor infecţii, probabilitate de avort spontan

• 2–3 Sv (200–300 REM) – iradiere moderată = vomă, căderea părului, modificări ale sângelui, sterilitate permanentă la femei şi 2-3 ani la barbaţi, convalescenţă câteva luni, mortalitate 10% în lunile următoare

• 3–4 Sv (300–400 REM) – iradiere severă = simptomele se accentuează,la 50% din cazuri, moartea poate surveni în 15 zile

• 4–6 Sv (400–600 REM) – iradiere acută = simptomele încep la ½ oră de la iradiere cu intensitate mare, hemoragii interne care în 2-12 săpt. pot duce la moarte

• 6–10 Sv (600–1,000 REM) – iradiere acută gravă = simptomele apar imediat, cu distrugeri ale organelor interne, hemoragii interne, 90% cazuri de mortalitate, recuperarea poate dura câţiva ani, dar nu este completă

• 10–50 Sv (1,000–5,000 REM) – iradiere gravă, cu moarte în orele, zilele următoare, 100% în stare de comă. (În 21 mai 1946, Louis Slotin,fizician in proiectul Manhattan, a fost expus accidental unei doze de aprox 21 Sv şi a murit 9 zile mai târziu)

• Peste 50 Sv (>5,000 REM) – 100% moarte. Un muncitor a primit în accidentul din Rhode Island, din 24 Iulie 1964, 100Sv şi a mai supravieţuit 49 de ore, iar un alt muncitor expus la aprox 100 Sv la Los Alamos, New Mexico, USA pe 30 decembrie 1958 a mai trăit 36 de ore după expunerea accidentală

0,0023 Sv/an = 2,3 mSv/an = Doza naturală anuală

• Trecerea radiaţiilor prin ţesuturi vii

duce la distrugerea celulelor

• Trecerea radiaţiilor prin ţesuturi vii duce la întreruperea moleculei de ADN şi apoi inversiuni ale legăturilor, deci mutaţii genetice

RADIAŢIA NATURALĂ LA CARE SUNTEM SUPUŞI ZILNIC

Cel mai radioactiv element din corpul nostru este Potasiul40. Sunt aprox. 140 grame de K în corp, din care 0,012% este radioactiv. Cu alte cuvinte, în fiecare secundă, în corpul nostru, 18500 de nuclee de potasiu se dezintegrează, emiţând radiaţie beta minus. 40K are timpul de înjumătăţire de 1,2 miliarde de ani, comparativ cu uraniul (4,55 miliarde de ani)

RADIOPROTECŢIAprotecţia faţă de radiaţii

• reducerea timpului de expunere la radiaţii

• mărirea distanţei faţă de sursa de radiaţii

• interpunerea de ecrane între noi şi sursele de radiaţii

• purtarea de echipamente de protecţie cu straturi de plumb

BLOCURI DE PLUMB FOLOSITE PENTRU A IZOLA MATERIALUL RADIOACTIV

UŞI GROASE DE PLUMB CE SE ÎNCHID ERMETIC ÎN TIMPUL FUNCŢIONĂRII REACTORULUI NUCLEAR

RADIAŢIILE SUNT ŞI FOLOSITOARE

• ENERGETICA NUCLEARĂ• INDUSTRIE• MEDICINĂ• VOPSELURI• AGRICULTURĂ – STIMULAREA ÎNCOLŢIRII

• IND. PETROLIERĂ• DATAREA FOSILE, ROCI• DEZINSECŢIE, STERILIZARE

creier

văzut în RMN

de sus

în jos