Lekce 6
ENV012 ChBHazMat
Detekce
Principy detekce radiace
Ing. Pavel Častulík, CSc
castulik@recetox.muni.cz
Jaro 2012
Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 1ENV012, Jaro 2012
Principy detekce radiacePrincipy detekce radiace
Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 2ENV012, Jaro 2012
OSNOVA
•Charakteristika radiace
•Principy radiačních detektorů
3Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republikyENV012, Jaro 2012
4
Detekce radioaktivní kontaminaceDetekce radioaktivní kontaminace
ENV012, Jaro 2012
5
Radiační expoziceRadiační expozice
 Bez ohledu na zdroj radioaktivního záření,
radiační energie se se absorbuje v lidském
těle, které je vystaveno radioaktivnímu
zdroji. Množství energie závisí mimo jiné
na energetické charakteristice a typu
radiačního zdroje, tj. jeho pronikavosti a
zda zdroj záření působí vně (vnější
expozice) nebo uvnitř (vnitřní expozice)
těla
ENV012, Jaro 2012
6
Detekce radiace
ENV012, Jaro 2012
7
Charakteristika radiaceCharakteristika radiace
 Na rozdíl od expozice osob s přímým
kontaktem chemických nebo
bakteriologických látek, v případě vlivu
radiace nemusí osoby přijít do přímého
kontaktu se zdroji záření.
 Radiační energie je přenášena buďto
elektromagnetickým zářením (x, ) nebo
energetickými částicemi (,,n°).
ENV012, Jaro 2012
8
Radiační dávka/příkonRadiační dávka/příkon
 Expozice představuje ozáření jakéhokoliv
objektu, živého nebo neživého.
 Velikost ozáření je vyjádřena radiační
absorbovanou dávkou (RAD), jež představuje
absorpci 100 ergů energie na 1 gram tkáně.
 Podle SI systému jednotkou dávky je Gray(1
Joule per kilogram), který se rovná 100 RAD
nebo 1 RAD=0.01Gy (1cGy).
 Dávkový příkon představuje radiační dávku za
časovou jednotku (RAD/h, Gy/h)
ENV012, Jaro 2012
9
Radiační dávka
 Radiační dávka představuje množství
energie absorbované tělem a je
vyjadřována jednotkou REM (Roentgen
Equivalent Man). Podle systému SI
jednotkou radiační dávky je Sievert, který
je rovný 100 REM
ENV012, Jaro 2012
10
Úroveň ozářeníÚroveň ozáření
 Okamžité(akutní) dávky 200-1000 RAD a více se projevují během
hodin, dnů nebo týdnů po expozici. Akutní dávky jsou smrtelné a
způsobují destrukci krvetvorné kostní dřeně, vyřazení zažívacího a
nervového systému, sterilitu a poškození plodů v mateřském těle.
Lokalizovaná vysoká dávka ničí tkáň, kterou je nutno chirurgicky
odstranit (včetně amputací, aj.)
 Účinky radiace ~100 RAD, které se neprojevují v krátkém čase patří
do kategorie latentních (zpožděných) účinků, jež se statisticky
projevují jako následky zvýšené rakoviny u postižené populace.
 Nízké expozice se nemusí projevovat poškozením kostní dřeně,
zažívacího či nervového systému a ani výrazným výskytem
rakoviny, či poškozením plodů.
 Pro minimalizaci rizika z vlivu ozáření je pro pracovníky s
radioaktivní zdroji záření stanovena maximální hodnota dávky za rok
5 REM nebo 0.05 Sievert.
ENV012, Jaro 2012
11
Symptomy ozářeníSymptomy ozáření
 Bolesti hlavy
 únava/vyčerpání
 Slabost
 Nevolnosti
 Zvracení
 Průjmy
 Chudnutí
 Popáleniny I, II, III
stupně
 Epilace
 Zduření lymfatických
uzlin
 Krvácení kůže
 Vředy
 Úbytek trombocytů
 Příležitostné infekce
ENV012, Jaro 2012
12
Dávky ozáření, nástup symptomů aDávky ozáření, nástup symptomů a
jejich trváníjejich trvání
Dávka cGy Symptomy Nástup Trvání
0-35 Žádné - -
35-75 Střední nevolnost, bolest hlavy 6 hod 12 hod
75-125 Nevolnost/zvracení (30%) 3-5 hod 24 hod
125-300 Nevolnost/zvracení (70%) 2-3 hod 3-4 dny
300-350 Silná nevolnost/zvracení (90%)
Průjem (10%)
1 hod
2-6 hod
3-4 dny
2-3 týdny
530-830 Silná nevolnost/zvracení (90%)
Průjem (10%)
1 hod
1-8 hod
830-3000 Silná nevolnost/zvracení (90%)
Desorientace (100%)
3-10 min
3-10 min
Do smrti
30min-10hod
ENV012, Jaro 2012
13
Vznik částicového záření alfa (Vznik částicového záření alfa ())
ENV012, Jaro 2012
14
Vznik částicového záření beta (Vznik částicového záření beta ())
ENV012, Jaro 2012
15
Vznik elektromagnetického zářeníVznik elektromagnetického záření
gama (gama ())
ENV012, Jaro 2012
16
Stínění radioaktivních zářeníStínění radioaktivních záření
ENV012, Jaro 2012
17
Poločas rozpadu izotopůPoločas rozpadu izotopů
ENV012, Jaro 2012
18
Detekce ionizační zářeníDetekce ionizační záření
 Nelze detekovat
lidskými smysly
 Detekovat lze pouze
pomocí přístrojů
Nelze cítit
ENV012, Jaro 2012
19
Principy radiačních detektorůPrincipy radiačních detektorů
 Ionizační komory:
měří dávky a
dávkový příkon  a x-
radiace
 Ionizační komůrka
obsahuje 2 elektrody,
z nichž jednou je
křemenné vlákno,
které se pohybuje v
závislosti na dávce
způsobující vybíjení
elektrického náboje
dříve nabité komůrky
ENV012, Jaro 2012
20
Principy radiačních detektorůPrincipy radiačních detektorů
 Geiger-Muellerův čítač
detekuje interakci záření
přes počítačovou
komoru
 GM je citlivý na nízké
úrovně radiace  částic
a méně účinný pro
fotonové -záření.
 Odstíněním komory pro
-záření lze rozlišit podíl
obou záření (/)
 Proporcionální čítače
jsou široce používány
pro detekci zejména 
částic, neutronů a
protonů
 Výstupní signály z
počítačové komory jsou
proporcionální uvolněné
energii v citlivé komoře
ENV012, Jaro 2012
21
Principy radiačních detektorůPrincipy radiačních detektorů
 Scintilační čítače jsou kombinací trubice fotonásobiče
se scintilačním materiálem, kterým mohou být krystaly
nebo jiné fotofóry (pevné, kapalné, plynné). Světelné
pulsy, vznikající ve scintilátor působením radiace, uvolní
fotoelektrony z katody ve fotonásobiči, jež následně
iniciují proud pulsů, které jsou počítány.
 Scintilační čítače detekují široké spektrum radiace 
částic,  elektronů, -záření neutronů a protonů.
 Nejčastěji se používají jako čítače  částic a nízkých
úrovní -záření
ENV012, Jaro 2012
22
Principy radiačních detektorůPrincipy radiačních detektorů
 Chemické dozimetry jsou založeny na chemických
změnách způsobených ionizačním zářením, které
generuje kyseliny v sytému jež mohou stanoveny
kolorimetricky nebo mnohem přesněji odečtem pH či
titrací.
 Chemické detektory jsou převážně určeny pro měření
velmi vysokých dávek -radiace (stovky – miliony cGy).
 Nicméně existují i detektory s malým objemem pro
rozsahy od několika cGy do několika tisíců cGy.
ENV012, Jaro 2012
23
Principy radiačních detektorůPrincipy radiačních detektorů
 Termoluminiscenční dozimentry detekují radiaci tvorbou metastabilních
krystalových struktur s valenčními elektrony. Tyto elektrony jsou po zahřátí
krystalu volněny z jejich přechodného stavu v krystalové mřížce a vrátí se
opět do stavu s jejich nejnižší energií. Tento přechod elektronů do nižšího
energetického stavu je doprovázen uvolněním světla.
 Množství uvolněného světla je proporcionální radiační expozici. Příkladem
jsou skleněné radiofotoluminiscenční dozimentry, které pokud byly radiačně
exponovány, potom při iniciaci UV pulsem vyzáří světlo odpovídající
radiační expozici. Dozimetry aktivované atomy stříbra nelezly nejširší
uplatnění při detekci -radiace v rozsahu od 0.01 do několika milionů cGy.
 Tento typ dozimetrů nelze vynulovat, poskytují celkovou kumulativní dávku.
 Křemíkové dozimetry jsou nejvhodnější pro měření vysokoenergetických
neutronů v rozsahu 1 až 1000 cGy. Neutrony v křemíkových diodách
způsobí přesun atomů v křemíkovém krystalu a tyto změny způsobí
relativné neměnné změny v elektrické vodivosti.
ENV012, Jaro 2012
24
Principy radiačních detektorůPrincipy radiačních detektorů
 Fotografické emulze (filmové
dozimetry) exponované radiací po chemickém
vyvolání vykazují denzitometrické změny.
 Filmové dozimetry jsou určeny pro rozsahy nízkých
expozicí (0.02 až 2 CGy) a pro vyšší expozice ( 1 až
1000 cGy). Kovové filtry jako hliník, měď, kadminumwolfrám
se používají na zvýšení přesnosti odečtu
expozicí.
 V současnosti jsou tyto dozimetry nahrazovány
termoluminiscenčními dozimetry
ENV012, Jaro 2012
PolymeracePolymerace diacetylénůdiacetylénů
po expozici zářenímpo expozici zářením
ENV012, Jaro 2012 25
StrukturaStruktura SelfSelf--Indicating RadiationIndicating Radiation
Alert DosimeterAlert Dosimeter „SIRAD“„SIRAD“
ENV012, Jaro 2012 26
γγ, x,, x, ββ,, αα, n, p, UV, n, p, UV
Personal Dosimeter RAD TriagePersonal Dosimeter RAD Triage
Next version will beNext version will be
ThermoThermo--Luminescence DetectorLuminescence Detector
withwith „flip„flip--out“ microchipsout“ microchips
starting at 0,05starting at 0,05 mSvmSv
Personal Dosimeter RAD TriagePersonal Dosimeter RAD Triage
Self-Indicating Radiation
Alert Dosimeter (SIRAD)
Dose Radiation range
10 mSv-4000-10000 mSv
Color change of the sensor
responds to gamma/X-ray (energy
higher than 30 KeV) and high
energy (e.g., above 0.5 MeV)
electrons/beta particles
Effects of dose (Effects of dose (mSvmSv))
ENV012, Jaro 2012 29
30
Radiologický průzkumRadiologický průzkum
 Radiační průzkum je prováděn za účelem
stanovení rozsahu zdravotního nebezpečí,
určení ochranných kontrolních hranic a
poskytovat údaje potřebné k provádění
dekontaminace(dezaktivace) osob,
prostředků, materiálů, budov a ostatního
prostředí.
ENV012, Jaro 2012
31
Provádění pěšího průzkumu sProvádění pěšího průzkumu s
použitím detektorůpoužitím detektorů
ENV012, Jaro 2012
32
Stanovení radiačníchStanovení radiačních izodozizodoz
 Základním úkolem průzkumu
je stanovení hranic izodoz
formou radiální
 nebo souřadnicovou
ENV012, Jaro 2012
33
Průzkum a odběr vzorkůPrůzkum a odběr vzorků
ENV012, Jaro 2012
DOTAZY
Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky34ENV012, Jaro 2012
ZÁVĚRY
Příprava tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky35ENV012, Jaro 2012
ZÁVĚRY
36ENV012, Jaro 2012
VÝSTUPY LEKCE
37ENV012, Jaro 2012