Dr. Csurgai József +36-30-5369394 jcsurgai@t-online.hu Sugárzástan 1. Dr. Csurgai József +36-30-5369394 jcsurgai@t-online.hu

Az egyes sugárzások típusai és forrásai Kérdés: Mit nevezünk sugárzásnak? Válasz: Térben és időben szétterjedő energia. Hogyan jellemezhetjük? Az energiát hordozó részecskék a., típusa b., energia szerinti (spektrális) eloszlása c., intenzitása (fluxusa) alapján

Forrásaik alapján: a., atommag eredetű (nukleáris) alfa, béta, gamma, neutron, proton b., elektron-héj eredetű röntgen, Auger, UV c., elektromágneses térrel kapcsolatos mikro-, rádió-hullámok d., atomok, molekulák gerjesztéséből származó UV, VIS, IR e., atomok, molekulák kollektív mozgásából eredő hanghullámok

Hatásuk alapján: a., Közvetlenül ionizáló (alfa, béta, gamma, röntgen) b., Közvetve ionizáló (neutron) c., Nem ionizáló (UV, VIS, IR, mikro, rádió és hanghullámok)

Kérdések: Mitől függ, hogy egy adott sugárzás ionizál vagy nem? VÁLASZ: Az anyag felépítése A sugárzások típusai, forrásai és főbb tulajdonságai A sugárzások és az anyag fizikai kölcsönhatásai

Az atommag kötési energiája: Nukleáris sugárzások 1896 - Becquerell:==> RADIOAKTIVITÁS -Léteznek nem stabil atomok, amelyek spontán bomlanak Hogyan jellemezhetjük a stabilitás mértékét? Az atommag kötési energiája:

Milyen a sugárzások hatása az élő szervezetre? Kémiai hatások Biokémiai hatások Biológiai hatások

Hogyan mérjük a (káros) hatást és hogyan védekezzünk ellene? Az ionizáló és nem-ionizáló sugárzások dozimetriája. Az egyes sugárzások elleni védelem alapjai és gyakorlata.

Az anyag építőkövei John Dalton (1766 – 1844) Démokritosz (i.e. ~460–371) atomelmélet

A modern anyagelmélet születése DALTON: Az anyagok atomokból épülnek fel. Elemek azonos atomokból épülnek fel. A különböző atomoknak eltérő tulajdonságaik (pl. tömeg!) vannak. Különböző atomok kémiai reakciójában vegyületek keletkeznek. A vegyületek pontos formulákkal leírhatók: egészszámok törvénye.

Modern atomelméletek Ernest Rutherford (1871–1937) a- és b-sugárzás atommag Niels Bohr (1885– 1962) Joseph John Thomson (1856–1940) kvantumelméleten alapuló atomszerkezet 1922 fizikai Nobel-díj 1897: az elektron felfedezése

Atomok és molekulák H-atom: e- p+ ~10-10m 1906- Rutherford: az atommag sugara

1932 - Chadwick felfedezte a neutront: Z db elektron a héjakon, Z db proton és A-Z db neutron a magban A tömegszám Vegyjel Z A = Z + N rendszám Azonos A ======> IZOBÁROK Azonos Z ======> IZOTÓPOK Azonos N ======> IZOTÓNOK

A proton és a neutron finomszerkezete A neutron nem stabilis, átlagos élettartalma 16.9 perc: A neutron és a proton is tovább osztható! ==============> STANDARD MODELL

Az atom finomszerkezete

A neutron bomlása

Elemi részecskék - 1996

Alapvető kölcsönhatások

Erőhordozók - Bozonok

Az egy nukleonra eső átlagos kötési energia a tömegszám függvényében

N/Z változása a rendszám függvényében

A kémiai elemek stabilitása

-bomlás Nagy energiájú részecskék (3-9MeV) Spektrális eloszlásuk vonalas N E

Alfa Sugárzás Leány mag 231Th Kiindulási mag 235U Alfa részecske Hélium atommag

-bomlások Nagy energiájú elektronok (0.01-3MeV) Folytonos energiaspektrum (Emax).

Béta negatív részecske (elektron) Béta sugárzás 40Ca 40K Béta negatív részecske (elektron)

-bomlások

Elektron befogás K L K L XC

Konverziós elektron sugárzás -bomlás E2 E1 Nagy energiájú fotonok Vonalas spektrum Belső konverzió Konverziós elektron sugárzás

Gamma sugárzás Gamma sugarak 60Co 60Ni

Egyéb nukleáris sugárzások Neutron sugárzás Forrásai: spontán neutronbomlás (137Xe)--> reaktormérgek maghasadás (spontán, atomreaktorok) (a,n) magreakciók (hordozható neutronforrások) Egyéb nukleáris sugárzások Töltött részecske sugárzások (gyorsítók) Neutrínó sugárzások (nap)

Röntgensugárzás 1895 W.C. Röntgen német fizikus: légritkított kisülési csövek vizsgálata közben fedezte fel. Karakterisztikus (elem analitika) Fékezési (diagnosztika)

Fékezési Röntgensugárzás keletkezése elektron Cél atommag W, Cu, Pb X-sugárzás X-sugárzás

Egyéb elektromágneses sugárzások Frekvencia [Hz] Hullám- hossz Sugárzás típusa Sugárzás forrása Foton energia 3*1020 1 pm 1.24 MeV Radioaktív magok gamma elektron fékeződés, belső héjak gerjesztése 3*1017 1 nm röntgen 1.24 keV ibolyán túli (UV) 100 nm külső héj ionizációja ~ 10 eV Látható (VIS) 380-750 nm Nem-ionizáló vörösen inneni (IR) 750 nm - 1 mm molekula rezgések 300 GHz 1 mm 1.24 meV molekula rezgések és forgások 30 GHz mikrohullámok 1 m 1.24 meV 10 MHz elektromos rezgőkörök rádióhullámok 300 kHz 1 km 1.24 neV