Monitoring EM zraenja EM spektar je podeljen na

Monitoring EM zračenja

EM spektar je podeljen na: • jonizujuće ( -zraci i x-zraci) i • nejonizujuće zračenja (10 nm do 104 km)

Karakteristike EM talasa

Nuklearna fizika • struktura atomske jezgre • radioaktivni raspadi • zakon radioaktivnog raspada • nuklearane reakcije: fisija i fuzija

Građa atomske jezgre • Nuklearna fizika – proučava atomsku jezgru (NUKLEUS) • Građa jezgre- NUKLEONI: protoni (pozitivno nabijene čestice) i neutroni (neutralne čestice) • Neutron – kasno otkriven jer ga u prirodi nema slobodnog

• • Broj protona Z – ATOMSKI BROJ broj protona = broju elektrona • Broj neutrona N • Ukupni broj nukleona A – NUKLEONSKI ili MASENI BROJ ( A = Z + N) • IZOTOPI – jednak Z različit N (npr. O – 16, O -17, O -18 ili H-1 vodik, H-2 deuterij, H– 3 tricij

Nukleone na okupu drži JAKA NUKLEARNA SILA

Osnovne sile u prirodi MEĐUDJELOVANJE (INTERAKCIJA) NABOJ RELATIVNA JAČINA jako nuklearno boja 1 elektromagnetsko električni naboj 10 -2 slabo nuklearno slabi naboj 10 -5 gravitacijsko masa 10 -39

Maria i Pierre Curie Henri Becqurele Marie Sklodowska-Curie

Radioaktivnost • Radioaktivni raspad – proces spontanog mjenjanja atomske jezgre bez vanjskog utjecaja • Vrste radioaktivnosti – alfa zračenje, beta zračenje i gama radioaktivnost

Alfa zračenje • Spontano emitiranje dva p i dva n (jezgra helija) • Početna jezgra pretvara se u drugu jezgru s 2 p i 2 n manje

Beta zračenje • Beta – minus zračenje: sponatano pretvaranje jednog neutrona u proton • Početna jezgra se pretvara u drugu

• Beta – plus zračenje: spontano pretvaranje jednog protona u neutron

Gama raspad • Elektromagnetsko zračenje (fotoni) koje emitiraju atomske jezgre • Fotoni vrlo visoke energije – Me. V

• Radioaktivno zračenje - zračenje vrlo velike energije • Razlika prodiranja pojedinog zračenja kroz materijale

Zakona radioaktivnog raspada • Broj jezgri nekog elementa koji se raspada • Zakon radioaktivnog raspada –statistički opis vanjske manifestacije

• Vrijeme poluraspada izraženo preko konstante raspada Zakon radioaktivnog raspada • Aktivnost n Vrijeme poluraspada može biti od 10 -10 s do 1015 god.

Nuklearne reakcije • masa se pretvara u energiju E = mc 2 nuklearna energija • NUKLEARNA FISIJA • NUKLEARNA FUZIJA

Defekt mase • ukupna masa jezgre mj uvijek je manja od zbroja masa nukleona koji čine jezgru • razliku nazivamo defekt mase • pri nastanku atomske jezgre dio mase prijeđe u energiju – energija vezanja Ev

Energija vezanja po nukleonu

Fisija • teška jezgra raspada se na dvije lakše uz oslobađanje energije

Lančana reakcija • • lančana reakcija - pri procesu se oslobode neutroni koji mogu dovesti do nove fisije termalni neutroni – energija odgovara energiji termičkog kretanja T = 300 K, E = 0, 025 e. V - 0, 04 e. V moderatori (obična voda, teška voda, grafit) – usporavaju neutrone kritična masa – odgovarajuča količina materijala da bi se odvijala lančana reakcija

Atomska bomba HIROSHIMA 6. 8. 1945. “LITTLE BOY” NAGASAKI 9. 8. 1945. “FAT MAN” • Hiroshima: • 140 000 žrtava (još više od radijacije) • temepratura blizu središta eksplozije 5000 C • udarni talas vjetra 800 km/h • vreli gljivasti oblak visok 15 250 metara

Nuklearna elektrana • kontrolirana fisija • regulacijski štapovi od kadmija, broma – elementi koji apsprbiraju neutrone • nuk. energija grije vodu, para pokreće turbinu, turbina pokreće generator

Černobil • najveća ekološka katastrofa novijeg doba • 26. 4. 1986. u 1 sat 23 minute eksplozija na 4. reaktoru • noćna smjena radila eksperimen i jedan operater opteretio reaktor • od 25 kontrolnih šipki u reaktoru ostalo 6 • drugi operater isključio dovod vode koja hladi i nastala je eksplozija • radioaktivni oblak nošen vjetrom išao prema Skandinaviji te središnjoj i jugoistočnoj Europi

• od posljedica radijacije preminulo 200 000 do 400 000 (neslužbeni izvori, vlasti taje podatke) • dan i po nakon eksplozije u obližnjem gradu Pripjata radijacija 300 000 puta veća od “normalne” • danas radijacija 100 metara od reaktora 50 000 puta veća od “normalne” • područje Černobila neseljivo tek za oko 600 godina Na slici se vidi sarkofag oko 4. reaktora

Fuzija • proces u kojem se spaja više lakih atomskih jezgri u težu jezgru pri čemu se oslobađa energija

Izvor energije na Suncu • • • energija Sunca je fuzionog porijekla temperatura Sunca: - površina 6000 K - unutrašnjost 1. 5 107 K spajanje 4 protona u česticu uz oslobađanje energije

“Mini zvijezda” na Zemlji • Dobivena energija fuzijom veća nego fisijom: • • PREDNOSTI: produkti nisu radioaktivni nije potrebna kritična masa PROBLEMI: potrebna visoka temperatura da bi se postigle visoke kinetičke potrebno održati stanje plazme

H – bomba (termonuklearna bomba) • hiljadu puta jača od atomske (fisijske) bombe • zemlje koje posjeduju H – bombu: SAD, Rusija, Francuska, Ujedinjeno Kraljevstvo, Kina i Indija • atomska bomba kao upaljač H - bombe

Delovanje jonizujućeg zračenja na živu materiju • radiobiološki paradoks - doza zračenja od 10 Gy (greja) je dovoljna da usmrti čoveka, a raspoređena na toplotu povisila bi temperaturu tela za 0, 001 0 C. • Postoje dve vrste efekata: – somatski i – genetski.

DOZIMETRIJA • Dozimetrija jonizujućeg zračnja meri dejstva zračenja na materiju. Mera tog dejstva naziva se doza zračenja. • Apsorbovana doza ( D ) se za sve vrste ztačenja definiše kao apsorbovana energija po jedinici mase Jedinica za apsorbovanu dozu je grej (Gy= J/kg).

• Ekspoziciona doza ( X ) se definiše za x i zrake energije ispod 3 Me. V-a - količina naelektrianja jona istog znaka storenih zračenjem u jedinici mase vazduha • Jedinica je kulon po kilogramu, mada se u praksi često sreće i stara jedinica za ovu veličinu rendgen (R) • U praktičnoj dozimetriji se najčešće meri ekspoziciona doza, a za određen tip supstance se iz ekspozicione doze može izračunati apsorbovana doza. Tako za vazduh i tkiva čovečijeg tela ona iznosi 1 C/kg 35 Gy.

• Ekvivalentna doza (H) se koristi za opisivanje biološkog dejstva zračenja, a izražava se formulom: • D –apsorbovana doza, Q – faktor kvaliteta (njime se opisuje relativno biološko dejstvo raznih vrsta zračenja, a vrednosti su date u tabeli) i N – faktor (se uzima da je jednak jedinici). • Jedinica je sivert ( Sv ). Vrsta zračenja Q x-, -zraci 1 -zraci Emax 0, 03 Me. V 1, 7 n, p do 10 Me. V 10 -čestice 10 teška jezgra 20

• Kolektivna efektivna doza(S) - Ukupna doza zračenja kojoj je izložena populacija • Ei- srednja efektivna doza u i-toj podgrupi populacije Ni - broj pojedinaca u i-toj podgrupi Jedinica: čovek-sivert (man. Sv)

Efektivna doza kao rezultat nekih delatnosti

Radon

Nejonizujuće EM zračenje • oblasti optičkog zračenja (UV, vidljivo, IC) • i oblast radiotehnike

UV zračenje UV zračenja se deli na više različitih načina: • Prema definiciji CIE (Commision Internationale de l`Eclairage): – UVC oblast (200 -280 nm), – UVB oblast (280 -315 nm) i – UVA oblast (315 -400 nm). • Prema svom biološkom dejstvu UV zračenje se deli na: – UV-C oblast (λ = 180 -290 nm), – UV-B oblast (λ = 290 -320 nm) i – UV-A oblast (λ = 320 -400 nm). • Prema hemijskom dejstvu UV zračenje se deli na: – zračenje koje učestvuje u sintezi ozona (λ = 175 -220 nm), – zračenje koje ima germicidno dejstvo (λ = 220 -300 nm), – zračenje koje ima eritemalno dejstvo (λ = 280 -320 nm).

Kao posledica hroničnog dejstva UV zračenja na kožu • dolazi do pojave prevremenog starenja kože, • stvaranja slobodnoh radikala, • oštećenja imunološkog sistema i • pojave tumora kože.

Vidljivo zračenje • Interval talasnih dužina od 380 nm do 760 nm pripada vidljivoj oblasti spektra, što znači da ljudsko oko na njega reaguje. • Nisu poznata štetna dejstva

Infracrveno (toplotno) zračenje • Obuhvata interval talasnih dužina od 760 nm do nekolimo milimetara • Posledice – poremećaj termoregulacije

Radiofrekvencijsko zracenje • oblast niskih frekvencija (do 3·k. Hz). Ova zračenja potiču od uređaja za prenos i distribuciju električne energije frekvencije 50 Hz i indukcionih peći • oblast srednjih frekvencija (od 3·k. Hz dо 30 k. Hz). Izvori zračenja ovih frekvencija su indukcione peći za termičku obradu metala. • oblast visokih frekvencija (od 30·k. Hz dо 30 MHz). Elektromagnetno zračenje ove oblasti proizvode peći za termičku obradu metala, poluprovodnika i dielektrika, i uređaji za radiodifuzni prenos na ultrakratkim, srednjim i dugim radio talasima. • oblast ultra-visokih frekvencija (od 30·MHz dо 3 GHz), emituju uređaji ultrakratkih radio i TV prijemnika i predajnika, Wi. Fi uređaji, mobilna telefonija. • oblast hiperfrekvencija (iznad 3 GHz) obuhvata različite predajnke koji emituju elektromagnetna zračenja talasnih dužina decimetarskog, centimetarskog i milimetarskog područja.

Viskofrekventno EM zračenje • U oblasti visokofrekventnih EM talasa nivo izlaganja se izražava u specifičnoj brzini apsorpcije energije - SAR (Specific energy absorption) u W/kg.

Fizičke veličine kojima se određuju ograničenja • kontaktna struja (IC) između osobe i nekog predmeta izloženog EM polju. Izražava se u amperima (A); • gustina struje (Ј) je protok struje kroz jedinični poprečni presek normalan na tok struje u zapremini provodnika kao što je ljudsko telo ili njegov deo. Izražava se u amperima po kvdratnom metru (А/m 2); • jačina električnog polja (Е) predstavlja silu kojom polje deluje na naelektrisanu česticu u njemu. Izražava se u voltima po metru (V/m); • jačina magnetnog polja (H), određuje magnetno polje u nekoj tački prostora а, izražava se u amperima po metru (А/m); • gustina magnetnog fluksa (B), ispoljava se kao sila koja deluje na čestice u pokretu a izražava se u Teslama (Т = Wb/m 2). • gustina snage (S) predstavlja snagu zračenja koja pada normalno na površinu. Jedinica je vat po kvadratnom metru (W/m 2). Upotrebljava se u visokofrekventnoj oblasti u kojoj je dubina prodiranja u telo mala.

ICNIRP

Zaključak • Na osnovi izloženog treba naglasiti da su pojmovi elektromagnetno zračenje i elektromagnetni talasi sinonimi. Naime, pojam „zračenje“ se obično primenjuje kada se govori o jonizujućim oblastima spektar, dok se za nejonizujuće oblasti u svakodnevnom životu koriste oba izraza. Ukoliko se govori o nejonizujućim zračenjima, kod ljudi koji su manje upućeni u ovu oblast, izaziva se podozrenje i strah. Međutim, ukoliko se kaže nejonizujući talasi, bez obzira što je to potpuno isto, uobičajena reakcija ljudi je da je to bezopasno ili pak manje opasno.