Sorgenti di radiazione
Radiazioni cariche
· particelle cariche pesanti (p, alfa, ioni pesanti)
· elettroni
Radiazioni neutre
· radiazione elettromagnetica (X, γ)
· neutroni
Radiazione cosmica secondaria (muoni, elettroni)
Range energia di interesse:
Sorgenti radioattive
~ pochi eV – 107 eV (10 MeV)
Radiazione cosmica secondaria
~ MeV
-
~ GeV
Capacità penetrazione radiazioni
Elettroni da sorgenti radioattive: alcuni mm di materiali
Particella alfa da sorgenti: alcuni cm di aria, ~100 μm materiali
Muoni cosmici:
anche spessori dell’ordine del metro
I nuclei stabili si
dispongono nel
piano (A,Z)
leggermente al
di sopra della
linea N=Z
Al di fuori della
regione di
stabilità,
esistono molti
isotopi
radioattivi
Legge del decadimento radioattivo:
In un campione di N nuclei, il numero medio di nuclei
che decade in un tempo dt è:
dN = - λ N dt
λ = costante di decdimento
L’andamento del numero di nuclei ancora presenti al
tempo t sarà dunque:
N(t) = N0 e-λ t
Τ = 1/λ = vita media
T
= ln 2 /λ = tempo di dimezzamento
1/2
Per le varie sostanze radioattive vite medie
(e quindi tempi di dimezzamento) variano
entro ampi limiti
Isotopi radioattivi beta
Isotopo
Vita media
Max energy (MeV)
3H
12.26 y
0.0186
14C
5730 y
0.156
90Sr/90Y
27.7 y/64 h
0.546/2.27
99Tc
2.12 105 y
0.292
n -> p + e- + ν
(A,Z) -> (A,Z+1)
p -> n + e+ + ν
(A,Z) -> (A,Z-1)
Il decadimento a 3 corpi
nello stato finale produce
uno spettro continuo degli
elettroni
A causa dell’interazione
Coulombiana gli spettri di
elettroni e positroni sono
leggermente shiftati
Un esempio:
il decadimento doppio
90Sr
90Y
90Sr/90Y
-> 90Y (beta-) Vita media = 27.7 anni
->
90Zr
(beta-) Vita media = 64 ore
Emax = 0.546 MeV
Emax = 2.27 MeV
Isotopi radioattivi alfa
Isotopo
Vita media
Alpha Energy (MeV)
238U
4.5 x 109 y
4.196/4.149
239Pu
2.4 x 104 y
5.105/5.143/5.155
241Am
433 y
5.443/5.486
La struttura a righe di
uno spettro di particelle
alfa emesse da vari
isotopi
Isotopi radioattivi gamma
Spettro gamma del
137Cs
Spettro gamma del
60Co
Spettro gamma di un campione
contenente diversi isotopi
emettitori gamma
Uno spettro
gamma misurato
ad alta
risoluzione con un
rivelatore al
germanio
Sorgenti di fissione
Alcuni nuclei (pesanti) possono
frammentarsi spontaneamente in
2 nuclei di massa intermedia
(processo di fissione)
Nel processo vengono emessi
anche alcuni neutroni, che
possono indurre la fissione di
altri nuclei (fissione indotta),
fino ad innescare anche una
reazione a catena
Vari modi di decadimento:
Decadimento alfa
Decadimento betaDecadimento beta+, E.C.
Stabile
Fissione spontanea
Distribuzioni in massa ed energia
dei due frammenti di fissione
Sorgenti di raggi X
Cu
Radiazione cosmica
Un protone (o un nucleo più
pesante) di altissima energia
(fino e oltre 1020 eV) incide
sull’atmosfera producendo una
cascata di particelle secondarie.
Le particelle più penetranti
in questo sciame sono i
muoni, capaci di arrivare
anche al livello del mare.
Distribuzione in
energia dei cosmici
primari
Distribuzione in
energia dei muoni
secondari
Unità di misura e nomenclatura
Attività di una sorgente: 1 Bq = 1 disintegrazione/s
1 Ci = 3.7 x 1010 dis/s
(attività di 1 g di Radio 226)
Concetto di dose: Energia depositata/unità di massa
1 Gray (Gy) = 1J/ 1 kg
1 Gy = 100 rad
Concetto di dose equivalente:
(Fattore di qualità ) x (Dose)
1 Sievert (Sv) = (Fattore di qualità ) x 1 Gy
1 Sv = 100 rem
Quality factor ~1 per gamma e beta
~ 10 per protoni e neutroni veloci
~ 20 per alfa
Dosi tipiche
Sorgenti naturali:
Radiazione cosmica
28 mrem/anno
Fondo naturale
26 mrem/anno
Radioattività interna al corpo:
26 mrem/anno
Sorgenti artificiali:
Radiografia:
100-200 mrem
Dipende da svariati fattori:
- Ad esempio, in alta montagna (2000-3000 m) la dose
dovuta alla radiazione cosmica è doppia
- Il fondo naturale dipende dal tipo di terreno