Becquerel

Rozbalit box

Obsah boxu

Becquerel (značka Bq) je hlavní jednotka aktivity v Mezinárodní soustavě jednotek (SI). Je definována jako aktivita radionuklidu, v němž dojde k jedné samovolné jaderné přeměně za jednu sekundu. Jednotka je pojmenována na počest francouzského fyzika Henriho Becquerela, který v roce 1896 spolu s Marií a Pierrem Curie objevil radioaktivitu a za tento objev obdržel v roce 1903 Nobelovu cenu za fyziku.

Becquerel nahradil starší jednotku Curie (Ci), která nebyla součástí soustavy SI. Protože aktivita 1 Bq je velmi malá, v praxi se často používají její násobky, jako jsou kilobecquerel (kBq), megabecquerel (MBq), gigabecquerel (GBq) nebo terabecquerel (TBq).

Je důležité nezaměňovat aktivitu (měřenou v becquerelech) s absorbovanou dávkou ionizujícího záření (měřenou v jednotkách Gray (Gy)) nebo s dávkovým ekvivalentem (měřeným v jednotkách Sievert (Sv)). Zatímco becquerel popisuje rychlost rozpadu radioaktivního zdroje, gray a sievert kvantifikují účinky tohoto záření na hmotu, respektive na živé tkáně.

📜 Historie a původ názvu

Před zavedením jednotky Becquerel se pro měření aktivity používala jednotka Curie (Ci), definovaná v roce 1910. Původně byla stanovena jako aktivita jednoho gramu čistého izotopu radia-226. Tato jednotka byla praktická pro práci s radiem, ale nebyla koherentní se základními jednotkami soustavy SI.

S rostoucím využíváním radioizotopů v medicíně, průmyslu a výzkumu a se snahou o standardizaci jednotek v rámci systému SI se ukázala potřeba nové, jednodušeji definované jednotky. V roce 1975 na 15. Generální konferenci pro míry a váhy (CGPM) byla přijata jednotka becquerel jako odvozená jednotka SI pro aktivitu. Byla definována jako jedna přeměna za sekundu (s⁻¹).

Jméno bylo zvoleno na počest Henriho Becquerela (1852–1908), který položil základy pro pochopení radioaktivity. Jeho objev, že uranové soli vyzařují pronikavé záření bez vnějšího zdroje energie, odstartoval novou éru ve fyzice a vedl k objevům polonia a radia manželi Curieovými. Celá rodina Becquerelů byla vědecky významná; jeho otec Alexandre-Edmond Becquerel se zabýval fosforescencí a fotovoltaickým jevem a jeho děd Antoine César Becquerel byl jedním ze zakladatelů elektrochemie.

⚙️ Definice a použití

Formální definice becquerelu je:

1 Bq = 1 s⁻¹

To znamená, že vzorek s aktivitou 1 Bq vykazuje v průměru jeden radioaktivní rozpad za sekundu. Aktivita (A) radioaktivního vzorku je přímo úměrná počtu radioaktivních jader (N) a rozpadové konstantě (λ) daného izotopu:

A = λN

Aktivita se v čase snižuje podle zákona radioaktivního rozpadu, který je charakterizován poločasem přeměny (T₁/₂).

Oblasti použití

Becquerel se používá v mnoha oblastech:

Radiační ochrana a monitorování životního prostředí: Měří se aktivita radionuklidů ve vzduchu, vodě, půdě a potravinách. Například se stanovují limity pro obsah cesia-137 v potravinách po jaderných haváriích, udávané v Bq/kg.
Jaderná medicína: Radiofarmaka podávaná pacientům pro diagnostické účely (např. PET, SPECT) mají aktivitu udávanou v megabecquerelech (MBq). Terapeutické dávky v radioterapii mohou dosahovat gigabecquerelů (GBq).
Průmysl: Radioaktivní zdroje používané v defektoskopii, měřičích tloušťky nebo v ionizačních hlásičích kouře mají svou aktivitu specifikovanou v Bq (typicky kBq až MBq).
Geologie a archeologie: Metody radiometrického datování, jako je datování pomocí uhlíku-14, jsou založeny na měření zbytkové aktivity izotopů ve vzorcích.
Jaderná energetika: Aktivita vyhořelého jaderného paliva a jaderného odpadu se měří v terabecquerelech (TBq) nebo petabecquerelech (PBq).

⚖️ Převody a násobky

Převod na Curie

Přestože je Curie zastaralá jednotka, stále se s ní lze v některých starších textech nebo v určitých oblastech (např. v USA) setkat. Převodní vztahy jsou:

1 Ci = 3,7 × 10¹⁰ Bq = 37 GBq
1 Bq ≈ 2,703 × 10⁻¹¹ Ci

Vztah vychází z původní definice curie jako aktivity 1 gramu radia-226.

Běžně používané násobky

Vzhledem k tomu, že 1 Bq je velmi malá aktivita, v praxi se používají standardní předpony SI:

kilobecquerel (kBq): 10³ Bq. Typické pro měření přírodní radioaktivity v životním prostředí nebo v lidském těle.
megabecquerel (MBq): 10⁶ Bq. Běžná jednotka v diagnostické nukleární medicíně.
gigabecquerel (GBq): 10⁹ Bq. Používá se pro terapeutické aplikace v medicíně a pro menší průmyslové zdroje.
terabecquerel (TBq): 10¹² Bq. Charakterizuje aktivitu zdrojů pro ozařování (např. kobaltové ozařovače) a vysoce aktivní odpad.
petabecquerel (PBq) a exabecquerel (EBq): 10¹⁵ Bq a 10¹⁸ Bq. Tyto jednotky se používají k popisu masivních úniků radioaktivity při jaderných haváriích, jako byla černobylská nebo fukušimská.

☢️ Příklady hodnot aktivity

Pro lepší představu o velikosti jednotky Bq slouží následující příklady:

Lidské tělo: Průměrné lidské tělo o hmotnosti 70 kg má aktivitu přibližně 4 000 až 5 000 Bq (4–5 kBq), a to především díky přirozeně se vyskytujícímu izotopu draslíku-40 a uhlíku-14.
Potraviny:
- Jeden banán (bohatý na draslík) má aktivitu asi 15 Bq.
- Jeden kilogram kávy má aktivitu kolem 1 000 Bq.
- Para ořechy jsou známé vysokým obsahem radia a mohou mít aktivitu až 40 Bq/kg.
Životní prostředí:
- Jeden litr mořské vody má aktivitu přibližně 12 Bq.
- Aktivita radonu v budovách se obvykle pohybuje v desítkách až stovkách Bq/m³.
Umělé zdroje:
- Ionizační hlásič kouře obsahuje malý zdroj americia-241 s aktivitou kolem 30 000 Bq (30 kBq).
- Diagnostická dávka radiofarmaka pro vyšetření štítné žlázy je v řádu desítek MBq.
- Celkový únik radioaktivního cesia-137 při havárii v Černobylu se odhaduje na 85 PBq (85 × 10¹⁵ Bq).

🩺 Zdravotní aspekty a bezpečnost

Samotná hodnota v becquerelech neurčuje biologické nebezpečí zdroje. Riziko pro zdraví závisí na několika faktorech: 1. Typ záření: Částice alfa jsou velmi škodlivé při vnitřní kontaminaci (vdechnutí, požití), ale jsou zastaveny listem papíru. Záření gama je vysoce pronikavé a nebezpečné i z vnějšího zdroje. 2. Energie záření: Různé radionuklidy emitují částice nebo fotony s různou energií (měřenou v elektronvoltech, eV). Vyšší energie znamená větší potenciál poškození tkáně. 3. Způsob expozice: Zda je zdroj vně těla, nebo byl inkorporován (dostal se dovnitř). 4. Biologický poločas: Doba, za kterou tělo vyloučí polovinu množství dané látky.

Pro posouzení zdravotního rizika se aktivita v Bq přepočítává na dávkové veličiny. Absorbovaná dávka (v jednotkách Gray, Gy) měří energii pohlcenou v jednotce hmotnosti tkáně. Dávkový ekvivalent (v jednotkách Sievert, Sv) dále zohledňuje typ záření a citlivost různých orgánů a tkání. Právě sievert je jednotkou, která nejlépe kvantifikuje biologické riziko ionizujícího záření.

Například zdroj s aktivitou 1 MBq emitující částice alfa bude při požití mnohem nebezpečnější než zdroj se stejnou aktivitou emitující záření beta.

💡 Vysvětlení pro laiky

Představte si radioaktivní látku jako misku s kukuřicí na popcorn, která se zahřívá.

Počet zrn kukuřice v misce je jako počet nestabilních atomových jader v látce.
Aktivita v becquerelech (Bq) je rychlost, jakou zrna pukají. Pokud každou sekundu pukne jedno zrno, aktivita "popcornu" je 1 Bq. Pokud puká tisíc zrn za sekundu, aktivita je 1 kBq.
Energie záření je jako síla, s jakou pukající zrno vystřelí z misky. Některá puknou jemně, jiná vystřelí velkou rychlostí.
Dávka záření (v sievertech) je to, jak moc vás bolí, když vás letící pukance zasáhnou. Zásah jedním pomalým pukancem je malá dávka. Zásah mnoha rychlými pukanci je velká a potenciálně nebezpečná dávka.

Becquerel tedy popisuje, "jak moc je zdroj aktivní" (kolik pukanců za sekundu), ale neříká nic o tom, "jak moc je nebezpečný" (jakou silou vás zasáhnou). K tomu potřebujeme znát další informace a použít jednotku sievert.

Šablona:Aktualizováno