Chương I : TÁC DỤNG SINH LÍ CỦA CHẤT PHÓNG XẠ Chất phóng xạ là chất có chứa các nguyên tố phóng xạ. Các nguyễn tổ này luôn tự phân rã để tạo thành các nguyên tế mới đồng thời phát ra các tia phống xạ. Các tia này có ảnh hưởng lớn đến cơ thể sống mà nó chiếu vào. Việc nghiên cứu ảnh hưởng này là rất cần thiết khi thiết kế máy làm việc với chất phóng xạ.
tĩnh toán độ an toàn về phống xạ cho người và chơ môi trường.1 CÁC LOẠI TIA PHÓNG XẠ : Các loại tia phóng xa bao gém: ‘Tia an pha, tia bé ta, tia gam ma, tia no to rén. Cụ thể về các tia này như sau: 1.1 Tia an pha a: ‘Tia œ gồm các hạt œ bay với tốc độ từ 10.000 kmjs, Hat o chính là hại nhân cha nguyên tử Hê lí. Nó có khối lượng là 4 đơn vị khối lượng nguyên tử (đvklnt ) và có điện tích dương với trị số bằng hai lần trị số điện tích của điện tứ. Tuy chất phóng xạ mà bức xạ œ của chúng có năng lượng khác nhau, thường từ 3 MeV đến 11 MeV.
Ví dự : Năng lượng hạt œ của đồng vị phống xạ Pu®® là 5,1 MeV, của U?” là 4,8 MeV, của U* là 45 MeV, của Ú”% là 4,18 MeV, Với năng lượng đó thì tốc độ của hạt œ khi vừa thoát khỏi hạt nhân sé được tính tương đối chính xác bằng công thức Vœ=0,7 10, J#z (m#) Trong dó Bo tính bằng MeV, Sử dụng công thức này ta cổ thể tính được: Với năng lượng 3MeV thì vận tốc là 1,2.10' km/s, với năng lượng 5MeV thì vận Những cập ion do hại œ tạo ra gọi là những cäp ion sơ cấp Các ion sơ cấp lại ion hoá các nguyên tử của môi trường tạo ra các cặp ion thứ cấp. Số ion thứ cấp lớn hơn số ion sơ cấp rất nhiều. Quãng đường mà hạt & đi được trong môi trường cho tới khi nó mất hoàn toần năng lượng thì dược gợi là Lẩm của hạt œ trong môi trường đó. Người ta dùng khái niệm mật độ iên hoá để biểu thị khả năng lôn hoá của các bức xạ trên tắm của chúng.
Mật độ iôn hoá được tính bằng số cặp lớn sinh ra trên một đơn vị độ đài của tầm. Mật độ iôn hoá do hạt œ gây ra là rất lớn. Với hạt œ có năng lượng 8,3 MeV, có tầm trong không khí là 7,8 em, tạo được 237100 cặp lồn sơ cấp. Mật độ lôn hoá trung bình là: 237100: 7,8 z 30.
Do iôn hoá môi trường rất mạnh nên tầm của hạt œ thường rất nhỏ. ý dụ : Với Bœ =5MeV tũ tầm của hạt œ trong không khí là 3,5 cm, trong mô của cơ thể là 47m. Như vậy bạt œ chỉ ảnh hưởng đến lớp mồng bên ngoài. Sau đây là tầm của hạt œ trong một số chất.1 L] Tâm của hạt œ trong một số chất { ¿ m) Lice Không | Nước, Gỗ Đất Nhôm Sat (MeV) | khi(cm) | mé cha cơ thể 2 1,05 14,3 16,0 94 6.4 Bức xạ y của phần lớn các dồng vị phóng xạ cố năng lượng khoảng 0,1 — 7 MeYV.
Người ta chia bức xạ y thành hai loại: Bức xạ y cứng có năng lượng lớn hơn † MeV, bức xạ mềm có nàng lượng nhỏ hen hode bing | MeV. Quan hệ giữa nàng lượng bức xạ y và bước sóng của chúng thể hiện qua công thức sau: % _ 121072 an) Ey Hy là năng lượng của phô tôn ÿ, tính bằng MeV, "Tân số của phô tôn + là: ved (Hz } V6i ning lugng Ey = 0,1 MeV ta c6 A= 124.10" Hz Với năng lượng By = 7MeVilacé 2=1,77.2 - TƯƠNG TÁC CUA TIA PHONG XA VOI VAT CHAT : Các bức xạ phóng xạ (tia phóng xa) tương tác với tất cả mọi vật chất có trên đường đi của chúng. quá trình tương tác có thể xảy ra ở lớp vỏ điện tử hay trực tiếp với hạt nhân tuỳ theo bản chất của bức xạ và vật chất bị tác dụng. Các hạt mang điện như ', |}, prôtôn p, hạt œ thì phần lớn tương tác với lớp: vỏ điện tử của nguyên tử, ít khi tương tác với hạt nhân.
Có điều đó là do có sự tương tác Culông rất mạnh giữa lớp vỗ điện tử với hạt mang điện, kết quả là hạt mang điện bị lệch hướng chuyển động, mất năng lượng rất nhanh và không còn đủ khả năng đi tới hạt nhân. Do đó để tương tác được với hạt nhân thì các bức xạ mang điện cẩn có nàng lượng rất lớn Bức xạ X, y khi có năng lượng nhỏ cũng tương tác với lớp vỏ điện tử. Khi c6 năng lượng lớn thì đễ dàng tương tác với hạt nhân. Như vậy tầm của hạt œ rất nhỏ, chỉ cẩn muội lờ giấy mỏng, quần áo bình thường cũng đủ ngăn hết hạt œ .2 Tương tác của tỉa B : ức xạ tương tác với vật chất dưới ba hình thức : - Kích thích ngu yên lử - lon hoá nguyên tử - Phát bức xạ hãm Hiện tượng kích thích và ion hoá nguyên tử thường xây ra khi các hạt B cố năng lượng nhỏ.
Với năng lượng lớn thì cách tương tắc chủ yếu của bức xạ B với môi trường là phát sinh ra bức xạ hãm (1a rơn ghen); tia ren ghen bite xạ Ta có thể cố năng lượng xấp xỉ bằng năng lượng [. Có thể nói: Năng lượng bức xạ Ð mất đi đo ion hoá môi trường thì nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng mất đi do làm phát bức xạ hãm. Mật độ trung bình ion hoá của bức xạ nhỏ Hơn rất nhiều so với bức xạ œ. Vi du: Hat œ có năng lượng 3 MeV gây ra mật độ ion hoá trung bình là 50.000 cặp ion /em không khí.
Hạt B c6 nâng lượng 3 MeV chỉ tạo ra được mật độ 50 cặp ion /em không khí. Do khả năng ion hoá nhẻ như vậy nên tầm của bức xạ [) lớn hơn tầm của bức xạ œ rất nhiều, khoảng 1000 lần. Su đây là bảng tầm của bức xạ [Ì trong một số chất ( Bảng 1.2 ) 'Tầm của hạt Ð tỉ lệ nghịch với khối lượng riêng của môi trường nó truyền qua Vi du : Véi bite xa [} cổ năng lượng 0,9 MeV khi truyền qua chì ( khối lượng riêng 11,3 g/crm° ) thì tắm của nó là : R=13.4 (mm) Như vậy tầm của hạt œ rất nhỏ, chỉ cẩn muội lờ giấy mỏng, quần áo bình thường cũng đủ ngăn hết hạt œ .2 Tương tác của tỉa B : ức xạ tương tác với vật chất dưới ba hình thức : - Kích thích ngu yên lử - lon hoá nguyên tử - Phát bức xạ hãm Hiện tượng kích thích và ion hoá nguyên tử thường xây ra khi các hạt B cố năng lượng nhỏ. Với năng lượng lớn thì cách tương tắc chủ yếu của bức xạ B với môi trường là phát sinh ra bức xạ hãm (1a rơn ghen); tia ren ghen bite xạ Ta có thể cố năng lượng xấp xỉ bằng năng lượng [.
Có thể nói: Năng lượng bức xạ Ð mất đi đo ion hoá môi trường thì nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng mất đi do làm phát bức xạ hãm. Mật độ trung bình ion hoá của bức xạ nhỏ Hơn rất nhiều so với bức xạ œ. Vi du: Hat œ có năng lượng 3 MeV gây ra mật độ ion hoá trung bình là 50.000 cặp ion /em không khí. Hạt B c6 nâng lượng 3 MeV chỉ tạo ra được mật độ 50 cặp ion /em không khí.
Do khả năng ion hoá nhẻ như vậy nên tầm của bức xạ [) lớn hơn tầm của bức xạ œ rất nhiều, khoảng 1000 lần. Su đây là bảng tầm của bức xạ [Ì trong một số chất ( Bảng 1.2 ) 'Tầm của hạt Ð tỉ lệ nghịch với khối lượng riêng của môi trường nó truyền qua Vi du : Véi bite xa [} cổ năng lượng 0,9 MeV khi truyền qua chì ( khối lượng riêng 11,3 g/crm° ) thì tắm của nó là : R=13.4 (mm) Bức xạ y của phần lớn các dồng vị phóng xạ cố năng lượng khoảng 0,1 — 7 MeYV. Người ta chia bức xạ y thành hai loại: Bức xạ y cứng có năng lượng lớn hơn † MeV, bức xạ mềm có nàng lượng nhỏ hen hode bing | MeV. Quan hệ giữa nàng lượng bức xạ y và bước sóng của chúng thể hiện qua công thức sau: % _ 121072 an) Ey Hy là năng lượng của phô tôn ÿ, tính bằng MeV, "Tân số của phô tôn + là: ved (Hz } V6i ning lugng Ey = 0,1 MeV ta c6 A= 124.10" Hz Với năng lượng By = 7MeVilacé 2=1,77.2 - TƯƠNG TÁC CUA TIA PHONG XA VOI VAT CHAT : Các bức xạ phóng xạ (tia phóng xa) tương tác với tất cả mọi vật chất có trên đường đi của chúng.
quá trình tương tác có thể xảy ra ở lớp vỏ điện tử hay trực tiếp với hạt nhân tuỳ theo bản chất của bức xạ và vật chất bị tác dụng. Các hạt mang điện như ', |}, prôtôn p, hạt œ thì phần lớn tương tác với lớp: vỏ điện tử của nguyên tử, ít khi tương tác với hạt nhân. Có điều đó là do có sự tương tác Culông rất mạnh giữa lớp vỗ điện tử với hạt mang điện, kết quả là hạt mang điện bị lệch hướng chuyển động, mất năng lượng rất nhanh và không còn đủ khả năng đi tới hạt nhân. Do đó để tương tác được với hạt nhân thì các bức xạ mang điện cẩn có nàng lượng rất lớn Bức xạ X, y khi có năng lượng nhỏ cũng tương tác với lớp vỏ điện tử.
Khi c6 năng lượng lớn thì đễ dàng tương tác với hạt nhân.10'km/s, với năng lượng I1 MeV thi van tốc là 2,3. Đối với các hạt mang điện thì dây cũng không phải là tốc độ lớn.2- Tỉa bê ta B: Tia bé ta bao gồm fit va f°. Tia Bt 1a chim hat péditrén cdn tia [F 1a chùm hạt dién tt ( electron), Hai loại hạt này có khối lượng đều bằng nhau ( 9,1.10?'kg ), điện tích bằng nhau ( 1.10? Cu lông ) và ngược dấu. Tại thời điểm được tạo thành, bức xạ B có năng lượng từ 0,02 - 12,43 MeV tuỳ theo từng đồng vị phống xạ nhưng phân lớn năng lượng bức xa 6 khoảng 0,5 — 2 MeV.
Phổ năng lượng [ là phổ liên tục. Vận tốc bức xạ [Ì có thể tính theo công thức: (km/s) € — vận tốc ánh sáng trong chân không.000 km/s Hạ - năng lượng [3 tính bing MeV. Ví du : Năng lượng B của đồng vị Co 1A 0,313 MeV; vận tốc tính theo công thie tren 1a 232. Déng vj Sx phat ma bite xa có năng lượng cực đại là 1,5 MeV, có vận tốc la 291.