Miért érdekes? Magsugárzások. Az atom felépítése. Az atommag felépítése. Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Miért érdekes? Magsugárzások. Az atom felépítése. Az atommag felépítése. Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet"

Regina Pappné
5 évvel ezelőtt
Látták:

atom feléítése z atommag feléítése Változások az elektroburokba: =>kémiai folyamatok töltés tömeg roto 1 elemi 1 atomi töltés tömegegys.

1 Miért érdekes? Magsugárzások Dr Smeller László Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Itézet Radioaktív izotóok ill. sugárzások orvosi felhaszálása: - diagosztika (izotódiagosztika) - teráia (sugárteráia) gyógyszerészeti voatkozása: - farmakokietikai vizsgálatok t z atom feléítése z atommag feléítése Változások az elektroburokba: =>kémiai folyamatok töltés tömeg roto 1 elemi 1 atomi töltés tömegegys. fm=10-15 m eutro 0 1 atomi tömegegys m z atommag átalakulásai: => radioaktivitás (tömegszám) = rotoszám eutroszám Z (redszám) = rotoszám 99 ukleo, ebből 43 roto és 56 eutro 99 Tc 43

z atommag stabilitása Magerők rövid hatótáv (~fm) agyo erős vozó

ukleook diszkrét eergiasziteke helyezkedek el.

eergiát Tömeghiáy, l: 08 8 Pb : 1,008665 x 16 = 17,0918 au.

08 8 Pb E=mc téyleges: 07,9766 au. Hiáy: 1,7118 au.

84 10-7 kg (3 10 8 m / s ) =,56 10-10 J = = 1,60 GeV = 08 x 7,69

2 z atommag stabilitása Magerők rövid hatótáv (~fm) agyo erős vozó Coulomb erő destabilizál! ukleook diszkrét eergiasziteke helyezkedek el. mag eergiája is diszkrét (kvatált) z eergiaszitek tiikus távolsága MeV(J) E Meyire stabil az atommag? Kötési eergia Eergiahiáy=tömeghiáy: így lehet megméri a kötési eergiát Tömeghiáy, l: 08 8 Pb : 1, x 16 = 17,0918 au. : 1,00776 x 8 = 8,5966 au. 09,6884 au Pb E=mc téyleges: 07,9766 au. Hiáy: 1,7118 au. = = 1,7118 x 1, kg ΔE=Δmc = kg ( m / s ) =, J = = 1,60 GeV = 08 x 7,69 MeV Izotó zoos redszámú de eltérő tömegszámú atommagok => azoos rotoszám eltérő eutroszám ugyaazo elem módosulatai, => kémiai tulajdoságuk ua. Pl: 18 F 9 istabil (radioaktív) 19 F 9 stabil 0 F 9 istabil (radioaktív) izotó <-> radioaktív izotó

3 Izotótáblázat Izotótáblázat részlet rotoszám rotoszám eutroszám eutroszám Izotótáblázat részlet Bomlások és részecskék α - bomlás 4 α - részecske = He atommag rotoszám β -bomlás: β - β β - részecske = elektro β részecske = ozitro K-elektro befogás karakterisztikus Rötge-foto az elektro atirészecskéje uo. mit az elektro de Izomer magátalakulás -sugárzás ozitiv töltése va roto! eutroszám

4 α - bomlás α - bomlás: 4 He atommag válik le a magról ehéz atommagokál fordul elő Pl : Z izotódiagosztikai jeletősége ics 88 Ra 86 R 6 Voalas eergiasektrum E α ~MeV X Y Z 4 4 α N α 4 α E α eutrotúlsúly jelölések: 0 1 ν β = β = e Z β - bomlás X 1 0 β ν az atommagba marad β -sugárzás Z 1Y 1 Pl : 0 1 folytoos eergiasektrum β ν kilé N β l: 0 9 F 3 15 P 59 6 Fe I P 16S 1β ν E max E β rototúlsúly Z e ν β - bomlás X 0 Z 1Y β ν az atommagba marad β -sugárzás Pl : β ν kilé l: 11 6C 15 8O 18 9 F 5 6 Fe P 14Si 1β ν folytoos eergiasektrum mesterséges előállítás ciklotro (köv. héte) Kitérő tömegek: m =1, kg m =1, kg β bomlás OK mert m >m β bomlás? Megoldás: Eistei féle tömeg-eergia ekvivalecia E=mc szabad állaotba! kötött ukleo: alacsoyabb eergiaszit: kisebb tömeg!

Elektro és ozitro atirészecskék tömeg ua, töltés elletétes.

0,5 MeV kitérő vége Promt -sugárzás bomlás utá a ukleook elhelyezkedése

eergiát kisugározza foto formájába -sugárzás sektruma voalas rotoszám, eutroszám

Izomer magátalakulás K-befogás Ha a bomlás utái mag elég hosszú ideig stabil, a

5 Elektro és ozitro atirészecskék tömeg ua, töltés elletétes... aihiláció és árkeltés e Eistei: tömeg-eergia ekvivalecia E=mc m e c =511 kev 0,5 MeV kitérő vége Promt -sugárzás bomlás utá a ukleook elhelyezkedése eergetikailag kedvezőtle lehet Átredeződés: alacsoyabb eergiaszitre jut, a fölös eergiát kisugározza foto formájába -sugárzás sektruma voalas rotoszám, eutroszám változatla! Kisérőjeleség. Izomer magátalakulás K-befogás Ha a bomlás utái mag elég hosszú ideig stabil, a -sugárzás később keletkezik. két folyamat szearálható. Tisztá -sugárzó izotó állítható elő! => Izotódiagosztika Rtg Pl: 99m Tc 99 β 99 4 Mo 43Tc m óra 6 óra Tc

6 Példák bomlási sémákra Magátalakulások: bomlás, hasadás, fúzió Bomlás: kis részecske távozik (α, β,...) Hasadás: kb. két azoos részre hasad (ehéz magokál) Pl: 35 db közees mag 9 U -3 eutro Fúzió köyű magok egyesülése Kitérő Hogya jöttek létre az izotóok? Primordiális izotóok: Föld keletkezése előtt keletkeztek (Ősrobbaás, Szuerova robbaás ) Hosszú felezési idejűek. Pl.:, 3Th, 38U, 40K, 35U, Posztrimordiális izotóok: Kozmogeikus izotóok: kozmikus sugárzás hatására keletkezek, l: 3H 14C Radiogeikus izotóok: rimordiális izotóok bomlástermékei. l.: 6Ra ad 8Ra R Nukleogeikus izotóok: magreakcióba keletkeztek (l. sotá hasadás, v. sotá hasadáskor emittált eutro befogásával) 1Ne Mesterséges izotóok: Hasadási termékek: külöfélék β - bomlók: atomreaktorba (eutro bombázással). β bomlók: gyorsítóba (l. ciklotro) éháy 10 MeV-es rotot vagy alfa részecskét lőek be a magba radioaktív izotóokat jellemző meyiségek ktivitás (a sugárforrást jellemzi) Felezési idő (a bomlás sebességét jellemzi)* Részecske tíusa és eergiája (a sugárzást jellemzi)* *függ az izotó tíusától

Λ = mérhetetleül alacsoy dn dt ktivitás (Λ) = ΔN Δt z egységyi idő alatt elbomlott

GBq, TBq természetes radioaktivitás szitje i vivo diag.

teráiába alkalmazott aktivitás ΔN ~ N dn dt megoldása: = λn Bomlástörvéy λ: bomlási

átlagos élettartam differeciálegyelet N N a bomlásra kées (=elbomlatla) atomok száma

N 0 a z elbomlatla atomok száma kezdetbe (t=0) Példa Példa: N 0 =10000 λ=0,1 1 / S 1

7 Λ = mérhetetleül alacsoy dn dt ktivitás (Λ) = ΔN Δt z egységyi idő alatt elbomlott atomok száma mértékegysége: becquerel Bq 1 Bq= 1 bomlás/sec gyakorlatba: kbq, MBq, GBq, TBq természetes radioaktivitás szitje i vivo diag. N= a bomlásra kées atomok száma t= idő óvatosa dolgozhatuk vele! teráiába alkalmazott aktivitás ΔN ~ N dn dt megoldása: = λn Bomlástörvéy λ: bomlási álladó, bomlási válószíűség [1/s] 1/λ=τ idő! átlagos élettartam differeciálegyelet N N a bomlásra kées (=elbomlatla) atomok száma λt ( t) = N 0 e exoeciális lecsegés! N 0 a z elbomlatla atomok száma kezdetbe (t=0) Példa Példa: N 0 =10000 λ=0,1 1 / S 1 sec múlva: 9000 (10000x0,1=1000 elbomlott) sec múlva: 8100 (9000x0,1=900 elbomlott) 3 sec múlva: 790 (8100x0,1=810 elbomlott) 4 sec múlva: 6561 (790x0,1=79 elbomlott). Példa Példa: N 0 =10000 λ=0,1 1 / S 1 sec 9000 sec sec sec 6561.

Felezési idő, bomlástörvéy Példa N 0 e N 0 N 0 N 0 4 N T τ N λt ( t) = N0e = N0 λ bomlásálladó (bomlási valósziűség) T felezési idő τ átlagos élettartam T elvileg soha em bomlik el az összes!

8 Felezési idő, bomlástörvéy Példa N 0 e N 0 N 0 N 0 4 N T τ N λt ( t) = N0e = N0 λ bomlásálladó (bomlási valósziűség) T felezési idő τ átlagos élettartam T elvileg soha em bomlik el az összes! t λ = t T l = T 0,693 T Példa: N 0 =10000 λ=0,1 1 / S 1 sec múlva: 9000 (10000x0,1=1000 elbomlott) sec múlva: 8100 (9000x0,1=900 elbomlott) 3 sec múlva: 790 (8100x0,1=810 elbomlott) 4 sec múlva: 6561 (790x0,1=79 elbomlott). z aktivitás időbeli csökkeése dn dn Λ = = λn N = N0e dt dt λt felezési idő az izotó tíusától függ 3 Th 1, év 38 U 4, év 60 Co 5,3 év 59 Fe 1,5 hó Λ 0 e Λ 0 Λ 0 Λ 0 4 Λ T τ Λ=λN t λt T Λ( t) = Λ0e = Λ0 Ugyaúgy csökke mit az N! elvileg soha em bomlik el teljese! T t kb. 10 T alatt 1/1000 részre bomlik 40 K 1, év 14 C 5736 év 137 Cs 30 év 3 H 1,3 év Ezeket az adatokat tilos megtauli! 56 Cr 1 hó (8 a) 131 I 8 a 99m Tc 6 óra 18 F 110 erc 11 C 0 erc 15 O erc Th,8 ms

9 Részecskeeergia Sugárzások elyelődése Általába elektrovoltba (ev) mérik. ev = elemi töltés X 1 Volt = 1, J tiikus részecskeeergiák (a magátalakuláskor felszabaduló eergia) MeV agyságredbe vaak. α β β Rtg elektromos töltéssel redelkező részecskék töltetle részecskék (elektromágeses sugárzás) Általába: Miél agyobb a részecskeeergia, aál agyobb a hatótáv. (egy adott sugárzáso belül) Töltött részecskék elyelődése Hatótávolság Útjuk sorá ioizálak, eergiájukból folyamatosa leadak. z eergia egy véges úthosszo elfogy. Hatótávolság α-részecske levegőbe éháy cm β -részecske levegőbe m agyságredű α β szövetbe 0,01-0,1 mm szövetbe cm N N hatótáv távolság hatótáv távolság

felléő effektusok által megy végbe: Fotoeffektus,

10 β -sugárzás Α - (és Rtg) sugárzás elyelődése aihiláció β e Ld: Pozitro Emissziós Tomográfia (PET) hatótáv Véletleszerűe felléő effektusok által megy végbe: Fotoeffektus, Comto-effektus, árkéződés, (rugalmas szóródás) Fotoeffektus Comto effektus

11 Párkéződés és rötgesugárzás gyegülése J 0 J 0 J J 0 J Itezitás: Egységyi felületre eső sugárzási teljesitméy J D D = J 0 e μ x x x ics hatótávolság! éháy ökölszabály : x 1/10 =3,33 D x 1/1000 =10 D J 0 J 0 J D D x J = J 0 e μ x μ: (lieáris) gyegítési együttható mértékegysége: 1/m, 1/cm 1 δ = behatolási mélység μ az itezitás e-ed részére csökke (kb. 37%) tömeggyegítési együtth. μ = m μ ρ μ m =τ m σ m κ m μ(ayagi miőség, absz. cetrumok száma, sugárzás eergiája) =μ(ayag,ρ,e foto ) ρ τ m =cλ 3 Z 3 μ m = μ ρ tömeggyegítési együttható

Hasonló dokumentumok

Miért érdekes? Magsugárzások. Az atommag felépítése. Az atom felépítése

Miért érdekes? Magsugárzások. Az atommag felépítése. Az atom felépítése Miért érdekes? Magsugárzások Dr Smeller László egyetemi taár Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Itézet Radioaktív izotóok ill. sugárzások orvosi felhaszálása: - diagosztika (izotódiagosztika)