Magsugárzások, Radioaktív izotópok. Az atom alkotórészei. Az atom felépítése. A radioaktivitás : energia kibocsátása

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Magsugárzások, Radioaktív izotópok. Az atom alkotórészei. Az atom felépítése. A radioaktivitás : energia kibocsátása"

Etelka Orsósné
5 évvel ezelőtt
Látták:

relatív tömeg (MU)** nyugalmi energia (MeV) elektron e 1-9.11 1 31 5.4858X1-4.511 elektronok proton p 1 1.6726X1-27 1.

1 Magsugárzások, Radioaktív izotópok radioaktivitás : energia kibocsátása az atommagból részecskék vagy elektromágneses sugárzás formájában z atom felépítése z atom alkotórészei protonok neutronok nukleonok részecske jele relatív töltés* tömeg (kg) relatív tömeg (MU)** nyugalmi energia (MeV) elektron e X elektronok proton p X neutron n X * z elektron töltése C ** atomic mass unit a 12 C atom tömegének 1/12-ed része

z atom alkotórészeinek jelölése z atom alkotórészeinek jelölése tömegszám = N X vegyjel tömegszám = N 27 13 l

stabilitása z atommag stabilitása Igen nagy elektrosztatikus taszító erő a protonok között 1911 Rutherford : Kell

2 z atom alkotórészeinek jelölése z atom alkotórészeinek jelölése tömegszám = N X vegyjel tömegszám = N l vegyjel rendszám = protonok száma N = neutronok száma rendszám = protonok száma N = neutronok száma z atommag stabilitása z atommag stabilitása Igen nagy elektrosztatikus taszító erő a protonok között 1911 Rutherford : Kell egy másik erőnek is hatnia az atommagon belül Ennek hatására az atommagnak részeire kéne hasadnia ΔM = [m p (-)m n ] M(,) (?)

3 4 He tömegdefektusa 2 proton: (2 x amu) = amu 2 neutron: (2 x amu) = amu z atommag stabilitása taszítóerő mellett egy másik, rövid hatótávolságú vonzó erő, magerő is hat az atommagban. (Rutherford, 1911) összesen: amu = amu ΔE = ΔMc 2 He atom atomsúlya amu. Ez.3366 amu val kevesebb, mint az alkotórészek tömegének összege. Ezt a különbséget tömegdefektusnak (tömeghiánynak) nevezzük. -az atommagot alkotó részecskék között hat, tekintet nélkül azok töltésére - nagyobb, mint a Coulomb taszító erő - hatótávolsága igen kicsi (~fm) z egy nukleonra eső kötési energia z atommag stabilitása Meredeken emelkedik Éles csúcsok a párospáros számoknál, 4 He, 12 C és 16 O Maximum =56 körül Kötési energia per nukleon Legnagyobb stabilitás tartománya proton : neutron arány rendkívül fontos a mag stabilitása szempontjából Tömegszám

Izotópok görög isos topos = azonos hely Egy elem izotópjaiban - azonos a protonszám

tartomány (túl sok neutron) protonszám () N= Instabil tartomány (túl sok proton)

nő a Coulomb erő, és egyre több neutronra van szükség a stabilitás megtartásához

4 Izotópok görög isos topos = azonos hely Egy elem izotópjaiban - azonos a protonszám - különböző a neutronszám - különböző a tömegszám Például Na 11 Na Mi a stabilitás feltétele? 1:1? z atommag stabilitása z atommag stabilitása neutronszám (N) stabil magok Instabil tartomány (túl sok neutron) protonszám () N= Instabil tartomány (túl sok proton) Könnyű magok stabilak, ha N= Nehéz magok stabilak, ha N > protonszám növekedésével nő a Coulomb erő, és egyre több neutronra van szükség a stabilitás megtartásához Nincs olyan stabil mag, ahol > 83 neutronszám (N) Stabil magok Instabil tartomány (túl sok neutron) protonszám () Instabil tartomány (túl sok proton)

Radioaktív bomlás ntoine Becquerel 193 Fizikai Nobel-Díj a radioaktivitás felfedezéséért Becquerel fotolemezén az uránium só által létrehozott kép.

(1896) radioaktivitás : energia kibocsátása az atommagból részecskék vagy elektromágneses sugárzás formájában Háromféle sugárzás ismert: lfa (α) részecske Béta (β) részecske Gamma (γ)

5 Radioaktív bomlás ntoine Becquerel 193 Fizikai Nobel-Díj a radioaktivitás felfedezéséért Becquerel fotolemezén az uránium só által létrehozott kép. z uránium és a fotolemez közé helyezett máltai kereszt képe kirajzolódik. (1896) radioaktivitás : energia kibocsátása az atommagból részecskék vagy elektromágneses sugárzás formájában Háromféle sugárzás ismert: lfa (α) részecske Béta (β) részecske Gamma (γ) sugárzás (Rutherford 1896, lásd később) radioaktív bomlás jellemzői z atommagok, mint minden a természetben energiaminimumra törekszik z instabil magok radioaktív bomlás révén közelítik a stabil állapotot statisztikus folyamat Nagy számú magból az egyes magok bomlása random történik a bomlásra kész radioaktív magok száma csökken az idővel

a radioaktív magok számának csökkenése Tipikus

diagnosztika laboratóriumi gyakorlat terápia az

Differenciális forma dn dt = λn λ : bomlási

állandó z aktivitás egyaránt függ: - a jelen

() dn dt N = λn = N e λt z egyenlet megoldása

6 a radioaktív magok számának csökkenése Tipikus aktivitás értékek ktivitás : Λ= dn dt N: a bomlásra kész magok száma t: idő kbq, természetes háttér MBq, GBq, TBq in vivo diagnosztika laboratóriumi gyakorlat terápia az időegység alatt elbomlott magok száma mértékegysége: becquerel (Bq) 1Bq = 1 bomlás/sec Radioaktív bomlástörvény Differenciális forma dn dt = λn λ : bomlási állandó (1/s) egy izotópra jellemző fizikai állandó z aktivitás egyaránt függ: - a jelen lévő atommagok számától - az izotóp fajtájától () dn dt N = λn = N e λt z egyenlet megoldása Integrális alak N : a radioaktív magok száma t =, N : a még megmaradt radioaktív magok száma t idő múlva

arany-198 ( 198 u) -T 1/2 = 2.7 nap Tumor terápia bomlási állandó definíciója z aktivitás változása az időben Ha Ha t = T 1/2 t = τ N = N e λ = 1/ 2 λt ln 2.

7 N N o Grafikus megjelenítés N λt = N e T 1/2 : felezési idő Felezési idők az orvosi gyakorlatban jód- 131 ( 131 I) -T 1/2 = 8 nap pajzsmirigy terápia τ : átlagos élettartam N o /e N o /2 N o /4 Mindkettő az adott izotópra jellemző állandó Technecium-99m ( 99m Tc) T 1/2 = 6 óra izotópdiagnosztika N o /8 T 1/2 2T 1/2 3T 1/2 τ idő arany-198 ( 198 u) -T 1/2 = 2.7 nap Tumor terápia bomlási állandó definíciója z aktivitás változása az időben Ha Ha t = T 1/2 t = τ N = N e λ = 1/ 2 λt ln = T T 1/ 2 N / 2 = N e N / e = N e λt λτ 1/ 2 N = N e Λ = Λ λt e λt Λ = λn 1 λ = τ Specifikus aktivitás: a minta aktivitásának és tömegének hányadosa (Λ/m), mértékegysége Bq / kg

Magsugárzások eltérülése elektromos térben Elektromos tér ardioaktív bomlás során a megmaradási törvényeknek

8 radioaktív izotópok jellemzői ktivitás : egyaránt függ a jelen lévő atommagok számától és az izotóp fajtájától Felezési idő : minden izotópra jellemző fizikai állandó Magsugárzások fajtái sugárzás fajtája: a magra jellemző Magsugárzások eltérülése elektromos térben Elektromos tér ardioaktív bomlás során a megmaradási törvényeknek érvényesülniük kell Radioaktív forrás β (-) α () γ 1. Tömeg / energia ~ 2. Elektromos töltés ~ 1. Momentum ~ 2. Nukleonszám ~

9 α-bomlás anyamag leánymag α -részecske X 4 2 Y 4 2α például X 4 2 Y Ra Rn 4 2α 4 α 86 2 α részecske: két neutront és két protont tartalmaz (ua. Helium atommag) Nehéz magok ( > 15) bomlanak α részecske kibocsátásával z α-sugárzás energia spektruma α-részecskék áthatolóképessége vékony papírlap α 4.62 MeV α MeV? Intenzitás energia (kev) Vonalas spektrum z energia jellemző a kibocsátó magra abszorbens denzitás áthatolóképesség levegő 1.2 mg/cm cm papír (2lb).89 g/cm 3 53 µm víz (lágy szövet) 1. g/cm 3 45 µm

z α-sugárzás orvosi alkalmazásai Diagnózis: soha Célzott

Tilos belélegezni, lenyelni, injektálni!

Neutron túlsúly: β bomlás X 1 Y β ν anyamag X 1 n leánymag 1

10 z α-sugárzás orvosi alkalmazásai Diagnózis: soha Célzott tumorterápia lfa sugárzók kezelése különös figyelmet kíván. Tilos belélegezni, lenyelni, injektálni! beültetés tűvel monoklonális antites szén nanocső β-bomlás 1. Neutron túlsúly: β bomlás X 1 Y β ν anyamag X 1 n leánymag 1 Y 1 1 p e β ν ν ν példa I 131 Xe P S 54 β ν 16 β ν anti-neutrinó

β -sugárzás energia spektruma Α β részecskék áthatolóképessége 32 15 P legvalószínűbb energia 1.79 MeV 32 16 S ν β Rel.

Folytonos spektrum Maximális mozgási energiával Maximális energia abszorbens denzitás 5 mm aluminumban áthatolóképesség ( 2.

11 β -sugárzás energia spektruma Α β részecskék áthatolóképessége P legvalószínűbb energia 1.79 MeV S ν β Rel. Intenzitás Energia (MeV) ß- részecskék energiaeloszlása 32 Pß - -bomlása során. Folytonos spektrum Maximális mozgási energiával Maximális energia abszorbens denzitás 5 mm aluminumban áthatolóképesség ( 2.3 MeV) (1.1 MeV) levegő 1.2 mg/cm m 3.8 m víz (lágy szövet) 1. g/cm 3 11 mm 4.6 mm aluminum 2.7 g/cm mm 2. mm ólom 11.3 g/cm 3 1. mm.4 mm β sugárzás orvosi alkalmazásai Diagnosztika: soha Célzott terápia: hipertireózis, pajzsmirigy és más szövetek daganatai implantátum a daganatban endovaszkuláris sugárzás 2. Proton túlsúly: β -bomlás anyamag X β bomlás leánymag 1Y 1 1 p 1 n e β e : pozitron az elektron antirészecskéje ν ν ν neutrinó

pozitron elektron pár annihilációja két foton keletkezéséhez vezet. fotonok energiája egyenként 511 kev, 18 fokot bezáró irányba haladnak 1.

12 X 1 Y e ν Szétsugárzás vagy annihiláció - részecske-antirészecske pár találkozása γ 511 kev példa 11 6C 11 5 B e ν γ 511 kev Mi lesz a pozitron sorsa? z electron és a pozitron antirészecskék : részecskék amelyeknek a töltés kivételével minden tulajdonsága azonos z emittált pozitron kölcsönhatása egy elektronnal pozitron elektron pár annihilációja két foton keletkezéséhez vezet. fotonok energiája egyenként 511 kev, 18 fokot bezáró irányba haladnak 1. Impulzus megmaradás két foton ellentétes irányba halad β sugárzás orvosi alkalmazásai pozitron emissziós tomográfia (PET) 2. Energia: m e c 2 m p c 2 = 2 hf tömeg energia ekvivalencia detektor gyűrű számítógép kép

13 γ-bomlás Cs.512 Mev z α vagy β bomlás után az új mag még gerjesztett állapotban van Mev β - β.662 Mev γ Ba? α MeV gerjesztett mag energialedással β kerül alapállapotba. z energiát gamma-sugárzás elektromágneses sugárzás - gamma-sugárzás formájában adja le. anyamag leánymag γ-sugárzás energia spektruma Α γ-részecskék áthatolóképessége Cs.512 Mev Mev β - β.662 Mev γ Ba Intenzitás energia (kev) vonalas spektrum z energia jellemző a kibocsátó magra ólom (25 mm) Áthatolóképessége nagyobb, mint a töltött részecskéké, de nagymértékben függ a foton energiájától. Tipikus áthatolás: 1 néhány 1 méter levegőben néhány1 centimeter szövetekben

γ-kibocsátás ideje gerjesztett mag élettartama: 1.Prompt γ -sugárzás: ~ 1-13 1-18 s 2.

órától 6 évig is eltarthat m X X γ 99 99m 42 Mo 43 43-99 Tc β Tc γ T 1/2 =67 óra T 1/2 =6 óra

(.9% NaCl) Na 99 MoO 4 2-8 MBq Na 99m TcO 4 ktivitás (GBq) 99m Tc elúció nélkül idő Terápia:

14 γ-kibocsátás ideje gerjesztett mag élettartama: 1.Prompt γ -sugárzás: ~ s 2. Izomer magátalakulás: 1-1 s Izomer átalakulás Némely gerjesztett magok felezési ideje néhány órától 6 évig is eltarthat m X X γ 99 99m 42 Mo Tc β Tc γ T 1/2 =67 óra T 1/2 =6 óra Technécium-99m generátor Orvosi alkalmzások Diagnosztika: ideális izotópdiagnosztikai célokra (.9% NaCl) Na 99 MoO MBq Na 99m TcO 4 ktivitás (GBq) 99m Tc elúció nélkül idő Terápia: gamma-kés 99m Technéciummal jelzett foszfát-vegyület eloszlása a csontokban első elúció második elúció

15 Izotóp radiofarmakon szerv funkció 99 Tc m nátrium pertechnekát agy vérkeringés Kapcsolódó fejezetek: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika 99 Tc m albuminhoz kötve tüdő vérkeringés 99 Tc m kolloid szuszpenzió máj májfunkció 99 Tc m foszfát komplex csont csontanyagcsere 123 I jodid pajzsmirigy metabolizmus 123 I hippurán vese vesefunkció 133 X X gáz tüdő légzés I. 1.5 II

Hasonló dokumentumok

Az atom alkotórészei. Magsugárzások, Radioaktív izotópok. Az atom alkotórészeinek jelölése. Az atommag stabilitása A Z. tömegszám A = Z + N.

Az atom alkotórészei. Magsugárzások, Radioaktív izotópok. Az atom alkotórészeinek jelölése. Az atommag stabilitása A Z. tömegszám A = Z + N. z atom alkotórészi Magsugárzások, Radioaktív izotópok részcsk jl rlatív töltés* tömg (kg) rlatív tömg (MU)** nyugalmi nrgia (MV) lktron 1-9.11 1 31 5.4858X1-4.511 proton p 1 1.6726X1-27 1.72765 938.272