Radiobiologija

Napomena; radi nemogućnosti pisanja atomskog (rednog) broja i atomske mase na uobičajenom mjestu pribjegao sam označavanju kao što je navedeno na ovom primjeru; ^{redni broj atoma}N^{atomska masa}

Za atom dušika ^rbN^am, označimo:

rb-redni (atomski) broj

am- relativna atomska masa

VETERINARSKA RADIOBIOLOGIJA proučava djelovanje i učinke ionizacijskog zračenja na domaće životinje i zaštitu domaćih životinja, namjernica životinjskog podrijetla i stočne hrane, od zračenja i radioaktivne kontaminacije, te radioaktivnu dekontaminaciju domaćih životinja, živežnih namjernica, stočne hrane i drugih predmeta.

Veterinarska radiobiologija je čvrsto povezana s mnogim znanstvenim disciplinama čiji predmet proučavanja je također ionizacijsko zračenje i bez čijeg se poznavanja ne bi uspješno mogla shvatiti niti razvijati.

RADIOAKTIVNOST je spontano pretvaranje jednog kemijskog elementa u drugi ili neke nuklearne vrste u drugu, uz emitiranje ionizirajućeg zračenja. Svako ionizacijsko zračenje proizlazi iz unutrašnjosti atoma.

ATOM je osnovna čestica kemijskog elementa sastavljena od pozitivno nabijene jezgre okružene negativno nabijenim elektronima koji kruže oko jezgre po točno određenim putanjama.

Jezgra atoma sadrži protone i neutrone. Protoni su pozitivno nabijene čestice s masom 1.0075 AMJ (atomskih masenih jedinica). Neutroni su čestice bez naboja s masom 1.0089 AMJ. Slobodan neutron nije stabilan, već s vremenom poluraspada -T_1/2 -od 12 min prelazi u proton.

Maseni broj ili relativna atomska masa je broj koji pokazuje koliko u toj jezgri ima protona i neutrona.

Izotopi

Atom s istim brojem protona, a različitim brojem neutrona zovu se izotopi. Izotopi imaju ista kemijska svojstva i redni broj, ali različiti masu.

Izotopi mogu biti:

stabilni

nestabilni (radionuklidi ili radioizotopi)

Stabilnost, odnosno nestabilnost jezgre je uvjetovana omjerom protona i neutrona. Ukoliko je omjer optimalan, jezgra je stabilna. Npr. jezgra s 2 protona i 2 neutrona je stabilna jezgra. Pošto se protoni međusobno odbijaju dodaju se neutroni za ravnotežu.

Nestabilni izotopi, odnosno radioaktivni izotopi ili radionuklidi su atomi koji imamu omjer protona i neutrona veći ili manji od omjera potrebnog za stabilnost. Nestabilni izotopi teže stabilnosti, a to se postiže radioaktivnim raspadom. Posljedice radioaktivnog raspada je mijenjanje mase i/ili kemijskih svojstava radionuklida uz istodobno emitiranje ionizirajućeg zračenja.

Svi elementi iznad rednog broje 82 (olovo) su nestabilni jer odbojnim silama protona više nisu dovoljni neutroni kao ravnoteža. Naime, prevelika je koncentracija protona na jednom mjestu.

Jezgra radionuklida se spontano raspada prelazeći pri tome u neku drugu jezgru. Prilikom raspada jezgra radionuklida emitira čestice i /ili elektromagnetske zrake kratke valne duljine. Emitirane čestice i elektromagnetske zrake se jednim imenom zovu ionizacijsko zračenje. To je pojava radioaktivnosti, a sam proces je transmutacija, tj. spontani prijelaz jedne jezgre u drugu što se naziva radioaktivni raspad.

Transmutacija (lat. transmutare: promijeniti) označava pretvaranje jednog kemijskog elementa u drugi.

Ionizirajuće zračenje, često (i pogrešno) poznato pod pojmom radioaktivno zračenje, jest zračenje koje ima sposobnost da izazove ionizaciju molekula u materijalu. Obuhvaća x i gama zračenje i različite vrste atomskih i subatomskih čestica velike brzine.

Vrijeme poluraspada ili vrijeme poluživota

Život svakog radionuklida je ograničen. Vrijeme potrebno da bi se raspala polovica od početnog broja radioaktivnih jezgara naziva se vrijeme poluraspada ili vrijeme poluživota (T_1/2). Svaki radionuklid ima jedinstveno vrijeme poluraspada.

IZOTOPI VODIKA

Vodik (¹H¹) ima jedan proton, i jedan elektron, neutrona nema, dakle, vodik p1+e1, m=1. Izotopi vodika su:

deuterij, ¹H²: p1+e1+n1, m=2

tricij, ¹H³: p1+e1+n2, m=3

Tricij je nestabilan pa se raspada. Tu je ravnoteža poremećena s 2 neutrona. Nestabilni izotopi svoju stabilnost postižu radioaktivnim raspadom. Radioaktivnim raspadom mogu nastati stabilne jezgre i tada je proces raspada gotov. No, radioaktivnom raspadom mogu nastati i nestabilne jezgre i onda se proces nastavlja sve dok se ne oformi stabilna jezgra.

RADIOAKTIVNI RASPAD

Vrste radioaktivnog raspada:

1. alfa raspad

2. beta minus raspad

3. beta plus raspad

4. elektronski zahvat

5. gama raspad

6. spontana fisija

7. unutarnja (interna) konverzija

ALFA RASPAD

Alfa raspadom postiže se stabilnost težih elemenata, kao što su npr. uran i torij. Prilikom alfa raspada emitiraju se alfa čestice. Alfa čestice su čvrsto vezane jedince koje se sastoje od 2 neutrona i 2 protona (jezgra helija). Redni atomski broj novonastalog atoma manji je za 2, a masa je manja za 4 AMJ.

BETA MINUS RASPAD

Prilikom beta minus raspada stabilnost atoma se postiže konverzijom neutrona u proton, (anti-)neutrino i elektron.

Konverzija je potaknuta viškom neutrona u jezgri. Tijekom beta minus raspada dolazi do emisije negativne beta čestice i neutrino čestice. Negativna beta čestica je elektron. Novonastali proton ostaje u jezgri i podiže redni broj atoma (atomski broj) za 1 a masa atoma ostaje gotovo nepromijenjena.

Neutrino (simbol; υ ) je neutralna subatomska čestica, mase znatno manje od mase elektrona. Prilikom pozitivnog beta raspada oslobađa se neutrino čestica, a pri negativnom beta raspadu oslobodit će se anti-neutrino.

BETA PLUS RASAPAD

Ukoliko je u jezgri suvišak protona, dio protona će se konvergirati u neutrone, neutrino čestice i pozitrone (pozitivne elektrone). Novonastali neutron će ostati u atomu i održati atomsku masu atoma kao i prije. No, kako je novonastali atom s jednim protonom manje, redni atomski broj novonastalog atoma će biti manji za 1. Neturino i beta plus (pozitron) će napustiti atom u sklopu beta plus zračenja.

ELEKTRONSKI ZAHVAT

Elektronski zahvat nastaje ukoliko elektroni unutarnjih ljusaka reagiraju s jezgrom, odnosno protonima iz jezgre, tako da stvore neutron (e+p=n). Time je atom izgubio jedan proton i jedan elektron, a dobio je jedan neutron. Sumarno; masa ostaje gotovo ista, redni broj se smanji za 1 (p+e). Nije došlo do zračenja.

Kako je jedno mjesto u orbiti elektrona ispražnjeno, dolazi do re-aranžiranja elektrona. Tom prilikom elektroni iz udaljenih ljusaka popune to upražnjeno mjesto elektrona i dolazi do emisije x zraka.

GAMA RASPAD (izomerni prijelaz)

Gama raspad se očituje odašiljanjem gama zračenja. Gama zračenje emitira svaka uzbuđena (ekscitirana) jezgra nakon beta raspada. Uzbuđena jezgra se oslobađa viška energije emisijom fotona (čestica elektromagnetskog zračenja), tj. gama zraka. Broj protona i neutrona ostaje isti, a promijenjena je samo energija uzbude (ekscitacijska energija) jezgre koja se spustila s veće na nižu razinu.

SPONTANA FISIJA

Vrlo teške jezgre imaju svojstvo da se same dijele. Ova nestabilnost je posljedica velikog broja protona u jezgri. Protoni se zbog istoimenog električnog naboja odbijaju i uzrokuju cijepanje jezgri. Zbog spontane fisije, teški transuranski elementi su veoma nestabilni; s kratkim vremenom poluživota.

Za praktične svrhe najvažniji fisioni materijali su U²³⁸, U²³⁵ i Pu²³⁹ (izotopi urana i plutonija). Npr; cijepanje jezgre URANA²³⁵ na dva podjednaka dijela – fragmenta. Oslobode se 3-4 neutrona i višak energije (~180MeV). Masa fragmenata, kada se zbroji s masom oslobođenih neutrona i masenim ekvivalentom oslobođene energije (m=E/c²) daju masu ²³⁵U.

UNUTARNJA KONVERZIJA

Unutarnja konverzija je način raspada kada se iz jezgre normalno emitiraju gama zrake. U određenim slučajevima 'uzbuđena jezgra' može djelovati ne elektrone iz unutarnje orbite teko da sva energija koje je iz jezgre oslobođena u obliku gama zrake bude predana elektronu. Elektron koji je podražen gama zrakama napušta orbitu i atom. Izbačeni elektron naziva se konverzijski elektron. Kao posljedica re-aranžiranja elektrona dolazi do emisije x zraka.

VRSTE IONIZIRAJUČEG ZRAČENJA

IONIZACIJSKA GUSTOĆA - IG - SPECIFIČNA IONIZACIJA je broj stvorenih iona po centimetru prijeđenog puta; N_iona/cm.

LINEARNI PRIJENOS ENERGIJE (LPE, eng; Linear Energy Transfer - LET) je emitiranje energije dotične ionizacijske čestice po jedinici putanje (prijeđenog puta). Što je prijenos veći, to će i učinci dotične čestice biti viši. Drugim riječima, što je energija čestica veća, i udio energija koju predaje viši, to će se stvoriti više ionskih parova. Kako prilikom puta čestica predaje energiju u okolinu, na početku puta ima veću, a na kraju manju energiju. LPE se izražava u jedinicama KeV/mikrometru (GeV/m = 10⁹eV/m).

Slabljenje snopa x ili gama zračenja intenziteta I₀ prolaskom kroz materijalnu prepreku debljine d odvija se po eksponencijalnom zakonu:

I = I₀e^-έd

I -intenzitet zračenja nakon prolaska kroz prepreku,

I₀ – intenzitet zračenja prije prolaska kroz prepreku,

έ-koeficijent apsorpcije karakterističan za dani materijali i energiju zračenja,

d – debljina prepreke

e - baza prirodnog logaritma; e = 2.718

ALFA ZRAKE

Alfa zrake su zrake koje emitiraju jezgre teških atoma. To su čestice, odnosno jezgre helija. U jezgri su 2 protona i 2 neutrona. Masa im je 4 AMJ, a naboj im je +2 (2 protona). Domet u zraku im je 2-8 cm, a u tkivu ovisno o energiji ionizacijskog zračenja, do nekoliko mikrometara. Pri tome vrijedi; veća energija, veći domet. Radi ilustracije valja navesti da će list običnog papira zadržati alfa zrake. Znači prodornost alfa zraka je vrlo mala.

Ionizacijska Gustoća alfa zraka je 10⁵iona/cm.

BETA MINUS ZRAKE

Beta minus čestice su zapravo elektroni koji ne potječu iz elektronskog omotača već iz jezgre i imaju negativan naboj. Masa ovih elektrona je 1836 puta manja od mase protona. Domet beta minus zraka u zraku, u načelu ovisi o energiji koju zrake posjeduju. Maksimalno je 10 m. Domet u tkivu također ovisi o energiji. Obično je to 0.3-0.7, a maksimalno 1 cm. Dakle, domet beta zraka je vrlo malen. Prodornost im je mala, ali znatno veća od alfa zraka.

Ionizacijska gustoća (IG) beta minus čestica je 100 iona/cm.

BETA PLUS ZRAKE

Beta plus zrake se tvore u jezgri. To su pozitroni, isto kao elektroni, samo s pozitivnim nabojem. Masa im je ista kao i masa elektrona. Domet, u zraku, im je 10 m, a specifična ionizacija (IG) 100 iona/cm. Prodornost im je ista kao i kod beta minus čestica.

GAMA ZRAKE

Gama zrake su elektromagnetski valovi kratke valne duljine, odnosno fotoni. Gama zrake nemaju masu, a podrijetlom su iz uzbuđene jezgre. Prema Einstenovoj formuli mogu postati masa (ali onda nemaju brzinu svjetlosti). Gama zrake nemaju naboj. Domet im je oko 100 m, ali pojedine zrake, koje nastaju kao posljedica fisije koja se zbiva pri eksploziji atomske bombe, mogu imati domet 2-3 km. Ionizacijska gustoća (IG) gama zraka je 1 ion/cm (mala), a prodornost je velika.

Zbog razlike u ionizacijskoj gustoći (IG) ista količina zračenja alfa zraka izazvat će 20 puta teže posljedice od iste količine gama zraka. Drugom riječima, po cm prijeđenog puta stvorit će 10⁵puta više iona, ali i potrošiti 10⁵ puta više energije ali će se i prije zaustaviti.

X ZRAKE – rendgenske zrake

X zrake su elektromagnetski valovi kratke velne duljine. Od gama zraka se razlikuju samo po porijeklu jer potječu iz orbite. Domet im ovisi o energiji koju posjeduju. U načelu može biti do 100 m. X zrake emitira elektron kada iz ljuske većeg potencijala prelazi u nižu ljusku manjeg potencijala.

NEUTRONI ČESTICE

Neutroni čestice su sastavni i gradivni elementi jezgre atoma. Masa im je 1, a nemaju naboja. Neutroni se oslobađaju tijekom fisije kada se jezgre teškog metala raspada na 2 čestice, uz oslobađanje energije. Prodornost neutrona je velika jer nema odbijanja (nemaju naboja), pa lako prodiru. Ionizaciju vrše indirektno. Prilikom eksplozije atomske bombe, domet im je 2-3 km.

NEUTRONSKA BOMBA

Neutroni koji jako dobro prodiru su spori neutroni, male energije. Neutroni dođu u jezgru. Od stabilne jezgre naprave nestabilnu jezgru (atom) jer izazove višak neutrona u jezgri. Stoga dolazi do ionizirajućeg zračenja koje vrši ionizaciju. To je indirektna ionizacija. Neutroni koji imaju veliku energiju i brzo udare u jezgru, zabušavaju se u proton u jezgri koji biva izbačen iz jezgre, a neutron ostaje. Proton izbačen iz jezgre emitira ionizirajuće zračenje. To je također indirektna ionizacija. Proton se zaustavi (i potraži odgovarajuću jezgru) tek kada potroši energiju.

ENERGIJA IONIZACIJSKOG ZRAČENJA

Svako ionizacijsko zračenje ima svoju energiju koja se izražava u J (đul) ili, stara jedinica je elektron volt (eV); eV=1.6 x 10^-19J

Ionizacijsko zračenje je opasno. No da bi to zračenje moglo bilo što napraviti, mora posjedovati energiju. Energija se izražava u J (đulima) ili eV. Zakonski se moraju upotrebljavati SI jedinice. Iznimno je dopušteno upotrebljavati i eV.

Beta minus čestice sadrže oko 1.2 MeV, a gama zrake oko 0.7 MeV. No, energija je samo jedno od svojstava zraka. Iako je energija koju posjeduju beta minus čestice veća, prodornost će im biti znatno manja od gama zraka.

MEĐUDJELOVANJE (INTERAKCIJA) IONIZACIJSKOG ZRAČENJA I TVARI

Krajnja posljedica interakcije čestica tvari i elektromagnetskog zračenja (x, gama) je ista; ionizacija i/ili ekscitacija. Postoji razlika između među-djelovanja čestica i elektromagnetskog zračenja sa tvarima.

Ionizacijske čestice (beta minus čestice, protoni...) prilikom međudjelovanja s tvarima, odnosno prolaskom kroz tvari uzrokuju direktnu ionizaciju ili ekscitaciju ili oboje.

IONIZACIJA je proces prilikom kojeg elektron iz omotača atoma napušta atom uslijed čega nastane jedan ionski par: nastaju dva iona, od kojih je jedan pozitivno nabijen, a drugi negativno nabijen. Pozitivan je atom, a negativan je elektron koji je napustio atom. Ionizacijsko zračenje prilikom prolaska kroz živu ili mrtvu tvar izaziva ionizaciju ili ekscitaciju atoma ili molekule tvari kroz koju zraka prolazi. Elektron koji je dobio energiju od ionizirajućeg zračenja dio energije utroši na kidanje veze s atomskom jezgrom, a ostatak energije mu služi za kretanje. Prilikom kretanja elektron se sudara s drugim molekulama izazivajući daljnju ionizaciju.

PRIMARNA IONIZACIJA je energija oslobođena prilikom sudara ionizacijskog zračenja i elektrona.

SEKUNDARNA IONIZACIJA nastaje ukoliko elektron koji se kreće kroz tvari, sudara se s drugi atomima i tu se oslobađa energija.

Ako prilikom primarne ionizacije bude izbačen elektron s ljuske bliže jezgri (K, L ljuska) uz ionizaciju dolazi do emisije X zraka.

EKSCITACIJA je pojava kada ionizacijska zraka pogodi elektron, ali ga samo pomakne iz ljuske niže energetske razine u ljusku više energetske razine. Takav atom je ekscitiran. Atom nije stabilan u pobuđenom (ekscitiranom) stanju pa dolazi do dezekscitacije. Prilikom dezekscitacije elektron se ponovno vraća i ljusku niže energetske razine. Pri otme se višak energije emitira, ponajčešće u obliku svjetlosti. Ekscitacija se obično zbiva na udaljenim ljuskama, pa je i potencijalna energija pri tome mala, te se izražava u obliku manje prodorne svjetlosne energije.

ELEKTROMAGNETSKA ZRAČENJA

Elektromagnetska zračenja su svjetlost u širem smislu riječi, dakle frekvencije od nekoliko pa sve do 10²³ Hz. Kako je brzina svjetlosti c= 300 000 km/s, umnožak frekvencije (f) i valne duljine (λ); c = f x λ, proizlazi da je λ = c/f. Stoga se valne duljine svjetlosti kreću od 3 x 10⁸ m pa sve do 3 x 10^-14 m.

U našem životu elektromagnetska zračenja dolaze u oblicima:

1. toplina, odnosno infracrveno svjetlo; 10¹¹ - 3x10¹⁴Hz
2. vidljiva svjetlost; 3-7 x 10¹⁴ Hz
3. ultravioletno (ultraljubičasto); 7x10¹⁴ - 10¹⁷ Hz
4. radiovalovi; 10 kHz - 300 GHz =10⁴ –3x10¹¹Hz
5. rendgenske zrake ili x zrake; 10¹⁷ do 10²⁰ Hz
6. gama zrake; 10¹⁹ do 10²¹ Hz

Prilikom prolaska elektromagnetskog zračenja kroz tvar dolazi do različitih međudjelovanja. Najpoznatije su 3 tipa:

1. Fotoelektrični efekt
2. Comptonov efekt
3. Tvorba ionskih parova

FOTOELEKTRIČNI EFEKT

Fotoelektrični efekt nastaje kada gama zraka ( energije ispod 1 MeV) prolazeći kroz tvar pogodi jedan elektron iz orbite atoma i preda mu svu svoju energiju. Samim time zraka prestane postojati, a elektron biva izbačen iz elektronskog omotača. Razlika između energije zračenja i energije kojom je dotični elektron vezan za jezgru poslužit će tom elektronu za kretanje kroz tvari. Energija kojom je elektron vezan uz jezgru veća je što je elektron u ljusci bližoj jezgri. Elektron izbačen na ovaj način naziva se fotoelektron. Fotoelektrični efekt karakterističan je za gama zrake niske energije (ispod 1MeV) i tvari većeg rednog broja.

COMPANTOV EFEKT

Compantov efekt je karakterističan za gama zrake srednje energije (oko 1MeV) i elemente srednjeg ili nižeg rednog broja. Pri ovome procesu kvant gama zraka udari u elektron i predaje mu dio svoje energije i količine gibanja. Pri tome elektron izleti iz atoma, a gama zraka nastavlja svoj put u promijenjenom smjeru i sa smanjenom energijom. Oslobođeni elektron se kreče i ionizira okolnu materiju. Gama zraka, ovisno o energiji koju posjeduje može izazvati još efekata.

PROIZVODNJA IONSKIH PAROVA

Proizvodnja ionskih parova se može zbiti samo ako zraka s najmanje 1.02MeV (dva puta veća energija od energije mirovanja elektrona) prođe blizu ili kroz električno polje jezgre atoma. Gama zraka prošavši kroz polje prestaje postojati, pretvorivši se u par elektron - pozitron. Ukoliko dva novonastala elektrona posjeduju energiju za kretanje, oni će se kretati, sudarati s molekulama i elektronima i ionizirati tvar. Kad izgubi kinetičku energiju elektron će se prihvatiti za atom pa će atom postati negativan ion. Pozitron (pozitivno nabijeni elektron) će se i situaciji da nema kinetičke energije, spojiti s najbližim elektronom u orbiti atoma. Nestavši i proton i elektron otpustit će se 2 kvanta gama zračenja. Svaki kvant ima 0.51 MeV. Dakle, masa je prešla u energiju.

FISIJA

Fisija (lat. fissio - cijepanje), odnosno nuklearna fisija, je proces cijepanja jezgre teških elemenata na dva podjednaka dijela - fragmenta. Proces cijepanja nastaje spontano (spontana fisija) ili uslijed bombardiranja s neutronima ili drugim česticama potrebne energije (inducirana fisija). Posljedica je nastanak 2 nove jezgre čiji maseni broj, kada se zbroje je jednak masenom broju prvotne jezgre, umanjen za maseni ekvivalent oslobođene energije (E=mc²) i masu oslobođenih elektrona i neutrona.

Prilikom cijepanja osim 2 nove jezgre oslobodi se i ogromna količina energije; oko 180 MeV po jednoj diobi jezgre, što je za milijun puta više od energije koja se oslobađa kemijskim procesima. Uz jezgre i energiju tijekom fisije se oslobodi i 2-3 elektrona i 3-4 neutrona.

Važnost inducirane fisije je dvojaka:

proces reproducira svoj uzrok; emitiraju se neutroni u dovoljnoj količini da mogu započeti novu reakciju.

oslobađa se ogromna količina energije; oko 180MeV po cijepanju jedne jezgre, ili 22 600 kWh po jednom gramu U²³⁵.

Da bi došlo do fisije mora postojati:

nuklearno gorivo; U²³⁸, U²³⁵, Pu²³⁹ (plutonij)

kritična masa; najmanja količina nuklearnog goriva kod kojeg može započeti proces fisije

izvor neutrona

Početak - jedan neutron pogodi jezgru U²³⁵ koja prilikom cijepanja oslobodi 3 neutrona, 3 neutrona pogode 3 jezgre U²³⁵ oslobodi se 9 neutrona i energija...

FUZIJA

Fuzija (lat. fusio - istjecanje, stapanje) je proces spajanja lakih atomskih jezgara u teže. Na taj način izgradile su se iz osnovnih subatomskih čestica sve atomske jezgre. U fuzionom procesu, s vrlo lakim atomskim jezgrama, oslobađa se i golema količina energije. Masa novonastale jezgre manja je od zbroja masa spojenih jezgara (defekt mase). Ta razlika u masi je oslobođena atomska energija. Fuzija je jedan od najraširenijih procesa u prirodi - čini energetsku evolucionu osnovu u životu zvijezda. Fuzijom sunce svake sekunde pretvori 4 x10⁹ kg svoje mase u energiju (E=mc²) koju emitira u okolinu. Energija fuzije može se za sada koristiti samo nekontrolirano u termonuklearnoj (hidrogenskoj) bombi.

Da bi došlo do fuzije moraju postojati:

atomi lakih elemenata; deuterij, tricij, helij...

ekstremno visok tlak

ekstremno visoke temperature

INDUCIRANA RADIOAKTIVNOST

Radioaktivno izotopi mogu se dobiti i na umjetan način. Npr. tako da se stabilni izotopi bombardiraju nuklearnim projektilima, protonima, alfa-česticama, neutronima itd. Spori neutroni koji nastaju procesom fisije vrlo lako probiju u jezgru stabilnog elementa uzrokujući (inducirajući) nestabilnost i posljedičnu radioaktivnost. Jezgra nastoji postići stabilnost pomoću radioaktivnog raspada pri čemu emitira ionizirajuća zračenja.

SKICA TVORBE RADIOAKTIVNOG UGLJIKA

Za atom dušika ^rbN^am, označimo:

rb -redni (atomski) broj

am - relativna atomska masa

⁷N¹⁴ + ⁰n¹ è ⁷N¹⁵ è radioaktivni raspad è⁶C¹⁴ + ¹H¹

⁷N¹⁵ je radioaktivni izotop dušika koji transmutacijom prelazi u izotop ugljika. Novostvoreni ugljik ima 2 neutrona u suvišku pa je nestabilan i samim time radioaktivan.

NEUTRONSKA BOMBA

Neutronska bomba je u osnovi bomba fuzionog tipa kao i hidrogenska bomba. Kod nje je za razvijanje potrebne početne visoke temperature upotrijebljen fisioni materijal male kritične mase, te, u usporedbi s klasičnim tipom hidrogenske bombe, znatno manjom količinom fuzionog materijala. Eksplozivno djelovanje neutronske bombe je znatno manje što omogućuje njenu upotrebu u 'taktičke' svrhe. Radijacijsko djelovanje joj je isključivo preko neutrona, te stoga kontaminacija terena nestaje u kratkom roku nakon eksplozije. Djelovanje (uništenje žive sile) je usporedivo s djelovanjem bojnih otrova.

KOBALTNA BOMBA (Co-bomb)

Kobaltna bomba je termonuklearna ili nuklearna bomba kojoj je dodan omotač od prirodnog kobalta. Kobaltov omotač koji obuhvaća tijelo bombe ima dvojaku ulogu:

koncentrira eksploziju na jednom mjestu tako da se fisioni materijal zadržava dulje na jednom mjestu i stoga je dulje izložen djelovanju neutrona. Samim time stupanj iskorištenja energije je veći.

prirodni kobalt Co⁵⁹ pod utjecajem neutrona oslobođenih tijekom fisije prelazi u radioaktivni kobalt Co⁶⁰ što stvara veliku količinu radioaktivnih oborina. Poluživot Co⁶⁰ je preko 5 godina pa je čitavo područje na koje je bačena bomba više godina zatrovano radioaktivnošću.

POLURASPAD - POLUŽIVOT - T_1/2

Vrijeme poluraspada ili vrijeme poluživota radioaktivne čestice je vrijeme potrebno da se 50% prvotnih čestica raspadne tvoreći 'stabilne' čestice. Vrijeme poluraspada je jedinstveno za svaki radionuklid. Kreće se u rasponu od jedne sekunde (helij, He⁶, T_1/2 = 0.82 s), pa do milijardu godina (U²³⁵). T_1/2 se može izračunati za svaki radionuklid;

T_1/2=ln2/λ = 0.693/λ

Lambda (λ) je radioaktivna konstanta, odnosno vjerojatnost radioaktivnog raspada za neku vrstu radioaktivnog atoma. λ predstavlja udio radionuklida koji se raspadne u jedinici vremena - sekundi. Za svaki atom λ se očita iz tablice.

Npr. λ=10^-3/s to znači da se od 10³ atoma svake sekunde, u prosjeku, raspadne jedan atom. Svaki radionuklid za određeno vrijeme iščezne; za koje vrijeme - ovisi o vremenu poluraspada.

Aktivnost radioaktivnog elementa - A - i broj radioaktivnih čestica - N - se računa:

A = A₀ e^-λt

N = N₀ e^-λt

A₀ – početna radioaktivnost

N₀ – početan broj radioaktivnih čestica

e – baza prirodnog logaritma; e=2.718

λ – radioaktivna konstanta specifična za svaki atom

t - vrijeme

BIOLOŠKA POLUELIMINACIJA - BIOLOŠKI POLUŽIVOT - B_1/2 je vrijeme potrebno da se izluči polovica unijete tvari.

FIZIČKI POLURASPAD –T_1/2, sam za sebe, nam je interesantan samo kada su radionuklidi na površini.

EFEKTIVNO POLUISČEZAVANJE - E_1/2

Kada se radi o radionuklidu unijetom u organizam, zanima nas vrijeme poluraspada ali i vrijeme biološke polueliminacije, jer ga organizam stalno po malo izlučuje. Ta dva čimbenika zajedno se izražavaju pojmom efektivnog poluisčezavanja.

Efektivno poluisčezavanje se računa po formuli:

E_1/2=(T_1/2 x B_1/2)/(T_1/2 + B_1/2)

T_1/2 - vrijeme poluraspada

B_1/2 - biološki poluraspad

Npr.; I¹³¹

B_1/2 = 138 dana

T_1/2 = 8 dana

E_1/2 = (8 dan x 138 dan) / (8 dan+138 dan) =

E_1/2 = 1104 dan² / 146 dan

E_1/2 = 7.6 dan