Ionizáló sugárzásElektron sugárzásRöntgen- és gamma sugárzás RadioaktivitásCo-60 izotópCs-137 izotópDózis
Az ionizáló energia, radioaktivitás


Mi az ionizáló sugárzás?

Az ionizáló sugárzás, mint a sugárzások általában, nem más, mint egy fajta energia. Az ionizáló energiával kezelés ennélfogva hasonlóan például a hő és mikrohullámú kezeléshez valamilyen kedvező hatás elérése érdekében történő energia közlést jelent. Az alkalmazott sugárzás energiaszintjétől függően azonban a kívánt hatás eléréséhez más-más út vezet.

Például az említett hő és a mikrohullámú kezelés hatására elsősorban az energiának kitett anyag molekuláinak illetve atomjainak mozgási, rezgési sebessége nő meg az anyag felmelegedését és más fizikai, kémiai és ezáltal biológiai változásokat is eredményezve.

Az ionizáló sugárzások energia szintje már elég nagy ahhoz, áthaladva az anyagon csupán csekély hőmérséklet emelkedés mellett az atomok illetve molekulák egy-egy elektronjával ütközve azt magasabb energiaállapotba hozva gerjessze vagy pályájáról leszakítsa, miáltal a semleges részecske töltéssel rendelkező ionná alakul. Innen ered a nagyenergiájú sugárzások "ionizáló" elnevezése.

Az ionizáló sugárzások hasznosíthatósága azon a hatáson alapul, hogy az élő szervezetek, így például az élelmiszerekben előforduló káros mikroorganizmusok, paraziták sejtjeiben kiváltott ionizáció életfontosságú makromolekulák, elsősorban a DNS károsodásához vezet, miután a szervezet szaporodásra képtelenné válik vagy elpusztul.

Alkalmazhatóság szempontjából az ionizáló sugárzások nem minden típusa jöhet szóba, csupán azok, melyek áthatoló képessége a kívánt cél elérésére kielégítő, de energiaszintjük kisebb az atommag részecskéit összetartó átlagos kötési energia értéknél (a küszöbenergia, legtöbb elemre nézve 10 MeV energia felett van), így nem képesek egyidejűleg másodlagos radioaktivitást indukálni. Ezeknek a követelményeknek az ionizáló sugárzások három típusa felel meg: elektrongyorsítóval megfelelő sebességre felgyorsított elektronok nyalábja valamint a meghatározott energiaszint alatti röntgen és gamma sugárzás.

Elektron sugárzás

Nagy energiájú elektron sugárzás lineáris elektrongyorsítóval elektronok közel fénysebességre gyorsításával állítható elő. Felhasználása maximum 10 MeV energiáig engedélyezett. Alkalmazását korlátozza az elektronnyaláb kis áthatoló képessége, ami az anyagok vékony rétegének kezelését teszi csak lehetővé.

Röntgen- és gamma sugárzás

A röntgen- és a gamma sugárzás fizikai tulajdonságaikat tekintve hullámtermészetű foton- vagy más néven un. elektromágneses sugárzások. Az elektromágneses sugárzások összessége az elektromágneses energiaspektrumot alkotja, amely a nagy hullámhosszú, kis energiájú rádióhullámoktól a napsugarakon, a látható fényen, a mikrohullámokon keresztül vezet a nagy energiájú röntgen és gamma sugárzásokig.


Az elektromágneses sugárzások

Míg a röntgen- és a gamma sugárzás fizikai tulajdonságai és az anyagokra gyakorolt hatása azonos, eredetük eltérő:

A röntgen sugárzás megfelelő gépi berendezéssel és széles energiatartományban állítható elő. A különböző sugárkezelési célokra a röntgen berendezések maximum 5 MeV energiáig alkalmazhatók. Alkalmazásának előnye a folyamat nagyfokú szabályozhatósága, hátránya azonban a berendezés nagy energiaigénye.

A gamma-sugárzás radioaktív izotópok spontán atommag átalakulásait kísérő sugárzás. Ipari méretű besugárzás céljára a gamma-sugárzás alkalmazása a legáltalánosabban elterjedt, amit elsősorban a sugárzás nagy áthatolóképessége és viszonylagosan gazdaságos alkalmazása indokol.



Radioaktivitás fogalma

A radioaktivitás előfordulása a természetben igen gyakori, de mesterségesen minden kémiai elemnek előállítható radioaktív izotóp változata. Az izotópok ugyanazon elem azonos protonszámú de eltérő neutronszámú, más szóval azonos rendszámú, de különböző tömegszámú módosulatai. A radioaktív izotópok közös tulajdonsága, hogy az atommag szerkezete a nagy tömegszám és/vagy a neutronon túlsúly miatt instabil, ezért külső hatás nélkül nagy energiájú sugárzás kibocsátásával elbomlanak egy más, stabil atomszerkezetű elemmé alakulva. A kibocsátott sugárzás, vagyis az energiahordozó fő típusai lehetnek: héliumion (alfa-bomlás), elektron ill. pozitron (béta-bomlás), és az előbbi bomlásokat kísérő elektromágneses foton (gamma-foton).

A radioaktív bomlás típusa és a sugárzás energia szintje valamint a bomlás sebessége minden radioaktív izotópra jellemző és állandó. A bomlás sebessége a felezési idővel jellemezhető. A felezési idő az az időtartam, ami alatt egy adott mennyiségű radioaktív atom fele elbomlik. Az egységnyi idő alatt a teljes radioaktív anyagmennyiségben lezajló bomlások száma az aktivitás. Egysége a becquerel (Bq). 1 Bq az anyag aktivitása, ha egy másodperc alatt egy atom bomlik el.

Sugárkezelési célokra a kibocsátott sugárzás energia szintje alapján két kémiai elem egy-egy radioizotópjának alkalmazására van lehetőség. Ezek: a kobalt-60-as tömegszámú (Co-60) és a cézium-137-es tömegszámú (Cs-137) változata.

Co-60 izotóp

A Co-60 izotópot a természetben előforduló Co-59-ből atomreaktorban történő neutron besugárzással állítják elő Ezután az úgynevezett Co-60 pasztillákat manipulációkra szolgáló forrófülkében kétszeres rozsdamentes acéltokba zárják.

A Co-60 béta bomlással 0,31 MeV energiájú elektron és az ezt kísérő 1,33 MeV és 1,17 MeV energiájú gamma foton kibocsátása mellett nikkel-60-á alakul. Az elektron magában a sugárforrásban és a védőtokban elnyelődik, így sugártechnológiai szempontból figyelmen kívül hagyható. A Co-60 felezési ideje 5,3 év.

Cs-137 izotóp

A Cs-137 izotóp felezési ideje 30 év. Bomlása során 0,51 MeV energiájú elektront és 0,66 MeV energiájú gamma fotont bocsát ki, A kisebb gamma energia a Cs-137 izotóp ipari felhasználását gazdaságtalanná teszi, ezért elsősorban kis aktivitású kísérleti berendezéseknél alkalmazzák.

A dózis fogalma

Az ionizáció illetve a biológiai hatás mértéke a besugárzott anyagban elnyelt energia mennyiségtől függ. Azt az energia mennyiséget, amit a sugárzásnak kitett anyag a kezelés időtartama alatt a rajta áthaladó sugárzásból felvesz, elnyelt dózisnak (D) nevezzük. Az elnyelt energia SI egysége a gray (Gy), ami 1 kg-nyi anyagmennyiségben elnyelt 1 J energiát jelent.

Az elnyelt dózis a kezelési folyamat kritikus tényezője. Ha az anyag a szükségesnél kevesebb energiát nyel el, a kívánt mértékű hatás nem következik be, míg egyes esetekben túl nagy dózis alkalmazása bizonyos mértékű minőség romláshoz vezethet (pl.: olaj tartalmú magvak esetében avasodás).

Az elnyelt dózis a sugárforrástól adott távolságban eltöltött időtartammal pontosan adagolható.

Vissza a lap tetejére