Metoda C-14
Czy ktoś zna już metodę C-14, metodę określania wieku z wcześniejszego modułu o rodzajach promieniowania (moduł - Promieniowanie jonizujące)? Ponieważ znamy już dobrze prawo rozpadu, możemy sami z jego pomocą obliczyć wiek kości.
Czas połowicznego rozpadu
Jak długo trwa rozpad promieniotwórczych nuklidów? O pojedynczym, wybranym atomie, nie można powiedzieć, czy jego jądro rozpadnie się w najbliższej milisekundzie, czy też nuklid będzie „żył” jeszcze tydzień albo nawet wiek. Jeśli jednak chodzi o dużą liczbę atomów, można z pomocą prawa rozpadu bardzo dobrze ustalić statystyczne prawdopodobieństwo, że proces rozpadu zajdzie dla określonej liczby obiektów.
Prawo rozpadu promieniotwórczego
Znamy już prawo rozpadu pianki mlecznej, a zarazem prawo opisujące rozpad izotopów promieniotwórczych, ponieważ rozpad jąder atomów funkcjonuje całkiem analogicznie. Dokładnie jak przy piance kawy, również przy próbce materiału promieniotwórczego nie można przepowiedzieć, czy wskazany palcem bąbelek, względnie jądro wskazanego atomu – konkretny nuklid, rozpadnie się w następnej sekundzie. Pewne jest jedno: na jednostkę czasu rozpada się zawsze ten sam procent istniejących jeszcze jąder atomowych - nuklidów.
Prawo rozpadu pianki w kawie
Funkcję wykładniczą z poprzedniego rozdziału można zastosować w fizyce jądrowej w różny sposób – na przykład przy rozpadzie promieniotwórczym. Ale zanim zaczniemy, wypijmy filiżankę kawy z dużą ilością pianki mlecznej.
Na początek teoria: funkcje wykładnicze
W tym module omówimy funkcję, która może albo gwałtownie rosnąć w nieskończoność albo też nieskończenie powoli spadać do zera. Funkcja ta jest wszędzie w fizyce niewiarygodnie użyteczna - opisuje przebiegi wielu procesów fizycznych. Zrozumieć ten moduł łatwiej będzie osobom, które znają podstawy rachunku różniczkowego i na przykład wiedzą, czym jest styczna do krzywej lub wyprowadzali już kiedyś jakiś wzór. Jeśli jednak nie znasz tych pojęć, nie ma problemu. Wyjaśnimy wszystko, co najważniejsze. Na końcu każdy będzie wiedział, jak wygląda wspomniana wyżej funkcja i jak wyprowadza się prawo rozpadu dla radioaktywnych izotopów za pomocą filiżanki cappuccino. Poza tym możemy doprowadzić do rozpadu kilka atomów. Powodzenia!
Detektory indywidualne
Detektory rejestrują promieniowanie jonizujące emitowane z różnych źródeł i urządzeń w miejscach ich przechowywania i stosowania, jednak dla pracowników mających kontakt ze źródłami promieniowania istotne jest przede wszystkim, czy zostali narażeni na działanie promieniowania, w jakiej mierze i na jakie konkretnie cząstki. Ważne jest więc, jaka część energii promieniowania jonizującego została pochłonięta na jednostkę masy człowieka, a więc dawka pochłonięta. Znając rodzaj emitowanego promieniowania oraz najbardziej narażone części ciała można dość dokładnie określić dawkę skuteczną, którą posługujemy się do określenia całkowitego narażenia ciała człowieka. Otrzymywane dawki nie mogą przekraczać pewnych ustalonych wartości granicznych, które są określone w przepisach. Z tego powodu pracownicy najbardziej narażeni na promieniowanie są zobligowani do noszenia dawkomierzy indywidualnych, czyli małych urządzeń pozwalających ocenić dawkę skuteczną, jaką otrzymali od źródeł promieniowania jonizującego. Dawkomierz jest więc przyrządem służącym do oceny skutków biologicznych ekspozycji na promieniowanie jonizujące.
Jak zidentyfikować izotop emitujący promieniowanie jonizujące?
Prostym licznikiem Geigera-Müllera możemy określić, czy promieniowanie jonizujące jest czy go nie ma, a także określić aktywność promieniotwórczą (w Bequerelach) otaczających nas źródeł promieniowania, ale nie możemy ich zidentyfikować. Ponieważ poszczególne izotopy promieniotwórcze mogą być, w mniejszym lub większym stopniu, niebezpieczne dla człowieka, należy je umieć zidentyfikować – jest to bardzo ważne z punktu widzenia ochrony radiologicznej (ochrony przed promieniowaniem jonizującym).
Detektor półprzewodnikowy
Wkrótce po tym, jak wynaleziono tranzystor półprzewodnikowy, powstały pierwsze detektory półprzewodnikowe: w zasadzie jest to nic innego jak diody z przejściem p-n, czyli dwie warstwy półprzewodników o różnym domieszkowaniu. W warstwie p (positive) znajdują się „dziury” o ładunku dodatnim, a w warstwie n (negative) nadmierna ilość nośników ładunku ujemnego – elektronów. W przejściu z jednej warstwy do drugiej ładunki wyrównują się. Jeśli jednak wpadnie tu promieniowanie jonizujące, to może ono wytworzyć pary elektron-dziura, które można wykryć jako przepływ prądu. Liczba powstałych par elektron-dziura jest wprost proporcjonalna do energii cząstki promieniowania. Przepływ prądu w detektorach półprzewodnikowych zauważalny jest także w temperaturze pokojowej, powodującej ruchy termiczne elektronów, co jest zjawiskiem niekorzystnym, nazywanym szumem. Aby go ograniczać półprzewodnik jest chłodzony ciekłym azotem, który trzymany jest w naczyniu Dewara (termosie) zamontowanym najczęściej bezpośrednio pod detektorem.
Detektor scyntylacyjny
Do najstarszych urządzeń wykrywających promieniowanie jonizujące należą liczniki scyntylacyjne: jeśli cząstki o określonej energii kinetycznej wpadną do kryształu (np. jodku sodu NaI), to zostają zahamowane i tracą swą energię, wzbudzając elektrony w atomach kryształu. Wzbudzone atomy z kolei wypromieniowują tę energię w postaci fotonów promieniowania elektromagnetycznego z obszaru widzialnego, czyli błysków świetlnych („scyntylacji”), co da się zauważyć nawet gołym okiem.
Licznik Geigera-Müllera
W latach 20-tych XX wieku fizyk, Hans Geiger, wraz ze swoim doktorantem, Walterem Müllerem, wynaleźli proste urządzenie, zazwyczaj niewiele większe niż kilka centymetrów - licznik Geigera-Müllera.